题目内容

9．碳酸钠一种重要的化工原料．工业碳酸钠纯度约为 98%，其中含有 Ca2+、Mg2+、Fe3+、Cl-和 SO42-等杂质，提纯工艺线路如图：

有关物质的溶度积如表：
物质CaCO3MgCO3Ca（OH）2Mg（OH）2Fe（OH）3
Ksp4.96×10-96.82×10-64.68×10-65.61×10-122.64×10-39
请回答下列问题：
（1）碳酸钠是制造普通玻璃的主要原料，请写出制造普通玻璃过程中发生的化学反应方程式SiO2+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2SiO3+CO2↑．
（2）上述提纯过程中加入NaOH溶液时，反应的离子方程式为Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，MgCO3+2OH-=Mg（OH ）2+CO32-；当溶液的pH=8时，溶液中c（Mg 2+）：c（Fe3+）=2.125×1021．
（3）“母液”中除了含有 Na+、CO32-离子外，还含有Cl-、SO42-等离子．
（4）有人从“绿色化学”角度设想将“母液”直接进行循环使用．请你分析实际工业生产中是否可行不可行（填“可行”或“不可行”）并说明理由若“母液”循环使用，则溶液中 c（Cl-）和c（SO42-）增大，最后所得产物
Na2 CO3混有杂质．
（5）试剂级碳酸钠的检验标准为：纯度≥99.5%，为了检验提纯后的碳酸钠是否达标，实验室称取1.06g样品，溶于水配制成100mL溶液，量取20.00mL，滴入2滴甲基橙作为指示剂，用0.1000mol/L的标准盐酸进行滴定，三次滴定后使用盐酸的平均体积为39.84mL，请计算，该样品碳酸钠的纯度为99.6%．

分析 （1）制造普通玻璃过程中，碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳；
（2）因工业碳酸钠中含有Mg2+，Fe3+，Ca2+，所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3沉淀；
（3）除去g2+，Fe3+，Ca2+，滤液中除了含有 Na+、CO32-离子外，还含有Cl-、SO42-；
（4）若“母液”循环使用，则溶液c（Cl-）和c（SO42-）增大，最后所得产物Na2CO3中混有杂质；
（5）用盐酸滴定碳酸钠应选用甲基橙作指示剂，滴定终点黄色变为橙色且半分钟不褪色；根据关系式Na2CO3～2HCl，计算碳酸钠的纯度．

解答 解：（1）制造普通玻璃过程中，碳酸钠与二氧化硅反应生成硅酸钠和二氧化碳，化学方程式为SiO2+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2SiO3+CO2↑；
故答案为：SiO2+Na2CO3$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na2SiO3+CO2↑；
（2）碳酸钠中含有Mg2+，Fe3+，Ca2+，所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3沉淀，滤渣的主要成分为Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3，发生的发应有：Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，MgCO3+2OH-=Mg （OH） 2↓+CO32-；根据氢氧化镁和氢氧化铁的溶解平衡以及溶度积表达式，则当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c（Mg2+）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{5.16×1{0}^{-12}}{（1{0}^{-6}）^{2}}$=5.61mol/L，c（Fe3+）=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（{1{0}^{-6}）}^{3}}$=2.64×10-21mol/L，
所以 c（Mg2+）：c（Fe3+）=5.61：2：.64×10-21=2.215×1021，
故答案为：Fe3++3OH-=Fe（OH）3↓，MgCO3+2OH-=Mg（OH ）2↓+CO32-； 2.215×1021；
（3）碳酸钠中含有Mg2+，Fe3+，Ca2+，所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）2、Fe（OH）3、CaCO3沉淀，过滤后滤液中除了含有 Na+、CO32-离子外，还含有Cl-、SO42-，
故答案为：Cl-、SO42-；
（4）若“母液”循环使用，则溶液c（Cl-）和c（SO42-）增大，最后所得产物Na2CO3中混有杂质，这样不符合该提纯工艺，
故答案为：不可行；若“母液”循环使用，则溶液c（Cl-）和c（SO42-）增大，最后所得产物Na2CO3中混有杂质；
（5）用盐酸滴定碳酸钠应选用甲基橙作指示剂，滴定终点黄色变为橙色且半分钟不褪色；
根据关系式Na2CO3～2HCl，
           1mol    2mol
            n      0.1000mol/L×0.03984L，n=0.001992mol，
则该样品碳酸钠的纯度为$\frac{0.001992mol×106g/mol×5}{1.06g}$×100%=99.6%；
故答案为：甲基橙； 99.6%．

点评 本题考查了物质的分离、提纯及物质的制取等知识，题目难度中等，本题是一道比较综合的试题题，有利于考查学生分析和解决问题的能力．

练习册系列答案
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氧化物中氧元素的质量为：1.60g-1.12g=0.48g，
铁元素和氧元素的质量比为：1.12g：0.48g=7：3，
设铁的氧化物的化学式为FexOy，
则有：56x：16y=7：3，
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铁的氧化物的化学式为Fe2O3．（写出计算过程）．

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