Question

9．用芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）制备纯碱、氨明矾[NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O]的生产工艺流程如图所示：
（已知：碳酸氢铵极易受热分解；碳酸氢钠的溶解度较小）

（1）溶液C中的主要溶质是NH₄HCO₃
（2）请写出将少量的氨明矾的水溶液滴加到Ba（OH）₂溶液中反应的离子反应方程式NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+5OH^-=2BaSO₄↓+NH₃•H₂O+AlO₂^-+2H₂O
（3）过程 I中的反应温度不能超过40℃，其原因是NH₄HCO₃易受热分解．
（4）运用化学平衡原理解释Na₂SO₄溶液稍过量的原因：HCO₃^2-（aq）+Na⁺（aq）?NaHCO₃（s），Na⁺浓度增大平衡向正反应方向移动．
（5）溶液E中的溶质离子为NH₄⁺、SO₄^2-
（6）已知氨明矾的溶解度随着温度的升高而增大，过程 II中得到氨明矾的系列实验操作是蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．

Answer 1

分析 碳酸氢铵溶液中加入硫酸钠，过滤得到滤渣与溶液A，而滤渣焙烧得到碳酸钠与二氧化碳，可知滤渣为NaHCO₃，过程I利用溶解度不同发生复分解反应：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，滤液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，调节pH使NH₄HCO₃转化二氧化碳与（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B为（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸铝得铵明矾，D主要为剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃，
（1）CO₂与氨水反应生成NH₄HCO₃或（NH₄）₂CO₃，溶液C可以循环使用可以判断为碳酸氢铵；
（2）少量的氨明矾的水溶液滴加到Ba（OH）₂溶液中反应，铵明矾中离子全部反应生成一水合氨、硫酸钡和偏铝酸钡，结合电荷守恒和原子守恒配平书写得到离子方程式；
（3）NH₄HCO₃易受热分解；
（4）在平衡体系中增加一种反应物的浓度，反应正向进行，提高另外反应物的转化率；
（5）A为（NH₄）₂SO₄和剩余的硫酸盐和碳酸盐，B主要为NH₄HSO₄，D主要为剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃，E为（NH₄）₂SO₄；
（6）明矾铵的溶解度随着温度的升高而增大，故采用降温结晶的方法分离，因滤液浓度低，所以需要浓缩；

解答 解：碳酸氢铵溶液中加入硫酸钠，过滤得到滤渣与溶液A，而滤渣焙烧得到碳酸钠与二氧化碳，可知滤渣为NaHCO₃，过程I利用溶解度不同发生复分解反应：2NH₄HCO₃+Na₂SO₄=2NaHCO₃↓+（NH₄）₂SO₄ ，滤液A中含有（NH₄）₂SO₄ 及溶解的NH₄HCO₃，加入硫酸，调节pH使NH₄HCO₃转化二氧化碳与（NH₄）₂SO₄ ，得到溶液B为（NH₄）₂SO₄ 溶液，再加入硫酸铝得铵明矾，D主要为剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃．
（1）CO₂与氨水反应生成NH₄HCO₃或（NH₄）₂CO₃，溶液C可以循环使用可以判断为碳酸氢铵，
故答案为：NH₄HCO₃；
（2）少量的氨明矾的水溶液滴加到Ba（OH）₂溶液中反应，铵明矾中离子全部反应生成一水合氨、硫酸钡和偏铝酸钡，结合电荷守恒和原子守恒配平离子方程式为：NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+5OH^-=2BaSO₄↓+NH₃•H₂O+AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：NH₄⁺+Al³⁺+2SO₄^2-+2Ba²⁺+5OH^-=2BaSO₄↓+NH₃•H₂O+AlO₂^-+2H₂O：
（3）NH₄HCO₃易受热分解，故反应应控制温度不能超过40℃，
故答案为：NH₄HCO₃易受热分解；
（4）在平衡体系中增加一种反应物的浓度，反应正向进行，提高另外反应物的转化率，HCO₃^2-（aq）+Na⁺（aq）?NaHCO₃（s），Na⁺浓度增大平衡向正反应方向移，故答案为：HCO₃^2-（aq）+Na⁺（aq）?NaHCO₃（s），Na⁺浓度增大平衡向正反应方向移动；
（5）A为（NH₄）₂SO₄和剩余的硫酸盐和碳酸盐，B主要为NH₄HSO₄，D主要为剩余的NH₄HSO₄、Al₂（SO₄）₃，E为（NH₄）₂SO₄，溶液E中的溶质离子为：NH₄⁺、SO₄^2-，故答案为：NH₄⁺、SO₄^2-；
（6）明矾铵的溶解度随着温度的升高而增大，故采用降温结晶的方法分离，因滤液浓度低，所以需要浓缩，方法为蒸发浓缩、降温结晶（冷却结晶），故答案为：蒸发浓缩；蒸发浓缩，冷却结晶．

点评 本题考查制备实验方案设计、物质组成的测定，明确工艺流程原理是解题关键，综合考查学生分析解决问题的能力，题目难度中等．