Question

18．1942年侯德榜打破了国外制碱技术垄断，发明的侯氏制碱法部分流程如图
（1）从海水中提取NaCl，欲除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，需要加入过量的①NaOH、②HCl、③Na₂CO₃、④BaCl₂，这四种试剂必须最后加入的是②（填序号）．
（2）该生产流程中可以直接循环使用的物质是CO₂．
（3）反应I需要通入过量CO₂生成NaHCO₃，却不通入适量CO₂直接制取Na₂CO₃，其原因可能是在该条件下，NaHCO₃的溶解度小于Na₂CO₃．上述煅烧反应的化学方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（4）某检验员称取含有少量NaHCO₃的纯碱样品11.02g，加入到足量稀H₂SO₄中，待固体样品完全反应后，测得生成的CO₂4.62g．求样品中Na₂CO₃的质量分数．（写出计算过程，结果保留一位小数）．

Answer 1

分析 （1）根据镁离子用氢氧根离子沉淀，硫酸根离子用钡离子沉淀，钙离子用碳酸根离子沉淀，过滤要放在所有的沉淀操作之后，加碳酸钠要放在加氯化钡之后，可以将过量的钡离子沉淀，最后再用盐酸处理溶液中的碳酸根离子和氢氧根离子，进行分析解答；
（2）根据流程的原料和产物分析；
（3）根据物质的溶解度分析；碳酸氢钠加热生成碳酸钠、水和二氧化碳；
（4）根据碳酸钠与硫酸反应方程式和碳酸氢钠与硫酸反应方程式，列关系式求解．

解答 解：（1）镁离子用氢氧根离子沉淀，加入过量的氢氧化钠可过量CO₂生成NaHCO₃，溶液以将镁离子沉淀；硫酸根离子用钡离子沉淀，加入过量的氯化钡溶液可以将硫酸根离子沉淀；至于先除镁离子，还是先除硫酸根离子都可以；钙离子用碳酸根离子沉淀，除钙离子加入过量的碳酸钠溶液转化为沉淀，但是加入碳酸钠溶液要放在加入的氯化钡溶液之后，这样碳酸钠会除去反应剩余的氯化钡；完全反应后，再进行过滤，最后再加入盐酸除去反应剩余的氢氧根离子和碳酸根离子；
（2）流程中二氧化碳可以直接循环使用；
（3）由于常温下，NaHCO₃的溶解度小于Na₂CO₃，过量CO₂生成NaHCO₃更易于分离，碳酸氢钠加热生成碳酸钠、水和二氧化碳，化学方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（4）设Na₂CO₃固体的质量为x，NaHCO₃固体的质量为y 
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                                          44
x                                             $\frac{44x}{106}$
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+2CO₂↑
168                                               88
y                                                  $\frac{88y}{168}$
可得：$\left\{\begin{array}{l}{\frac{44x}{106}+\frac{88y}{168}=4.62g}\\{x+y=11.02g}\end{array}\right.$
解得：x=10.6g，y=0.42g
样品中Na₂CO₃的质量分数为：$\frac{10.6g}{11.02g}×100%$≈96.2%，
答：样品中Na₂CO₃的质量分数为96.2%．
故答案为：（1）②；（2）CO₂；（3）在该条件下，NaHCO₃的溶解度小于Na₂CO₃；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（4）96.2%．

点评 本题充分考查利用课本知识解决新问题能力，能加深学生对课本知识的理解，训练学生的思维能力、分析解决问题的能力，难度稍大．