Question

工业碳酸钠（纯度约为98%）中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-和SO₄^2-等杂质，提纯工艺线路如下：

Ⅰ、碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如图所示：

Ⅱ、25℃时有关物质的溶度积如下：

物质	CaCO3	MgCO3	Ca（OH）2	Mg（OH）2	Fe （OH）3
Ksp	4.96×10-9	6.82×10-6	4.68×10-6	5.61×10-12	2.64×10-39

回答下列问题：
（1）加入NaOH溶液时发生的离子方程式为______．25℃时，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=______．
（2）“趁热过滤”时的温度应控制在______．
（3）有人从“绿色化学”角度设想将“母液”沿流程中虚线所示进行循环使用．请你分析实际工业生产中是否可行______，并说明理由______．
（4）已知：Na₂CO₃?10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ?mol^-1Na₂CO₃?10H₂O（s）=Na₂CO₃?H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ?mol^-1写出Na₂CO₃?H₂O脱水反应的热化学方程式______．

Answer 1

【答案】分析：（1）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；
（2）使析出的晶体为Na₂CO₃?H₂O，防止因温度过低而析出Na₂CO₃?10H₂0晶体或Na₂CO₃?7H₂0晶体，36℃是一个转折点；
（3）分析“母液”中存在的离子，若参与循环，将使离子浓度增大，对工业生产中哪个环节有所影响；
（4）通过观察两个热化学方程式，利用盖斯定律来计算焓变即可．
解答：解：（1）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↓+CO₃^2-；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⁺）===5.61mol/L，c（Fe³⁺）===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↓+CO₃^2-；  2.215×10²¹；
（2）“趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na₂CO₃?H₂O，防止因温度过低而析出Na₂CO₃?10H₂0晶体或Na₂CO₃?7H₂0晶体，所以温度高于36℃，故答案为：高于36℃；
（3）若“母液”循环使用，则溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）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（SO₄^2-）增大，最后所得产物Na₂CO₃中混有杂质；
（4）通过观察两个热化学方程式，利用盖斯定律，可将两式相减得到Na₂CO₃?H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g），
即Na₂CO₃?H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol，
故答案为：Na₂CO₃?H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol．
点评：本题是一道综合题，考查学生分析和解决问题的能力，综合性强，难度大．