Question

2．用芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）制備純堿、銨明礬[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的生產(chǎn)工藝流程圖如下所示：

（1）溶液C中的溶質(zhì)主要是NH₄HCO₃．
（2）銨明礬的溶液呈酸性，向銨明礬稀溶液中加入足量稀NaOH溶液，其離子反應(yīng)方程式為NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-?AlO₂^-+NH₃．H₂O+2H₂O．
（3）過程Ⅰ反應(yīng)溫度不能超過40℃，主要原因是NH₄HCO₃易受熱分解．
（4）濾液E中溶質(zhì)離子為NH₄⁺、SO₄^2-．
（5）如用2.0t含2.0%雜質(zhì)（不參與反應(yīng)）的芒硝，按此過程制備純堿，過程中原料損失率為3.0%，則最多能制得1.42t純堿．

Answer 1

分析 碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調(diào)節(jié)pH使NH₄HCO₃轉(zhuǎn)化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬，D中主要為剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃，用氨水調(diào)節(jié)pH得到氫氧化鋁沉淀與硫酸銨，硫酸銨循環(huán)利用，二氧化碳應(yīng)氨水稀釋得到碳酸氫銨循環(huán)利用．
（1）溶液C中的溶質(zhì)主要是碳酸氫銨；
（2）銨明礬溶液中鋁離子水解，溶液呈酸性；向溶液中加入氫氧化鈉溶液，首先與溶液中鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，再與氨氣根離子反應(yīng)生成氨氣，再加入過量的NaOH溶液溶解氫氧化鋁；
（2）過程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；
（3）碳酸氫銨不穩(wěn)定，受熱易分解；
（4）濾液E中主要含有硫酸銨；
（5）根據(jù)鈉離子守恒計(jì)算．

解答 解：碳酸氫銨溶液中加入硫酸鈉，過濾得到濾渣與溶液A，而濾渣焙燒得到碳酸鈉與二氧化碳，可知濾渣為NaHCO₃，過程I利用溶解度不同發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，濾液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，調(diào)節(jié)pH使NH₄HCO₃轉(zhuǎn)化二氧化碳與（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B為（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸鋁得銨明礬，D中主要為剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃，用氨水調(diào)節(jié)pH得到氫氧化鋁沉淀與硫酸銨，硫酸銨循環(huán)利用，二氧化碳應(yīng)氨水稀釋得到碳酸氫銨循環(huán)利用．
（1）溶液C中的溶質(zhì)主要是NH₄HCO₃，故答案為：NH₄HCO₃；
（2）銨明礬溶液中鋁離子水解：Al³⁺+3H₂O?Al（OH）₃+3H⁺，破壞水的電離平衡，溶液呈酸性；
向溶液中加入氫氧化鈉溶液，首先與溶液中鋁離子反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀，再與氨氣根離子反應(yīng)生成氨氣，再加入過量的NaOH溶液溶解氫氧化鋁，反應(yīng)離子方程式為：NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-?AlO₂^-+NH₃．H₂O+2H₂O，
故答案為：酸；NH₄⁺+Al³⁺+5OH^-?AlO₂^-+NH₃．H₂O+2H₂O；
（3）NH₄HCO₃易受熱分解，故反應(yīng)應(yīng)控制溫度，
故答案為：NH₄HCO₃易受熱分解；
（4）E為（NH₄）₂SO₄，溶液E中的溶質(zhì)離子為：NH₄⁺、SO₄^2-，
故答案為：NH₄⁺、SO₄^2-；
（5）設(shè)生成純堿為x噸，根據(jù)鈉離子守恒：
xt×$\frac{46}{106}$=2.0t×（1-2.0%）×（1-3.0%）×$\frac{46}{142}$，
解得x=1.42
故答案為：1.42．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、化學(xué)計(jì)算等，明確工藝流程原理是解題關(guān)鍵，綜合考查學(xué)生分析解決問題的能力，難度中等．