Question

3．已知：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

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：

（1）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↓+CO₃^2-；
（2）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⁺）=2.125×10²¹；
（3）“母液”中除了含有Na⁺、CO₃^2-外，还含有Cl^-、SO₄^2-等离子．
（4）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c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得产物Na₂CO₃中混有杂质；
（5）已知：Na₂CO₃•10H₂O（s）═Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ•mol^-1
Na₂CO₃•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Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol．

Answer 1

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）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⁺）=$\frac{Ksp}{[OH{\;}^{-}]{\;}^{2}}$，（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{[OH{\;}^{-}]{\;}^{3}}$，据此计算；
（3）除去g²⁺，Fe³⁺，Ca²⁺，滤液中除了含有 Na⁺、CO₃^2-离子外，还含有Cl^-、SO₄^2-；
（4）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；
（5）已知：①Na₂CO₃•10H₂O（s）═Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ•mol^-1，②Na₂CO₃•10H₂O（s）═Na₂CO₃•H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ•mol^-1，利用盖斯定律，将①-②得到Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g），据此书写热化学方程式．

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-，
故答案为：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg（OH ）₂↓+CO₃^2-；
（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⁺）=$\frac{Ksp}{[OH{\;}^{-}]{\;}^{2}}$=$\frac{5.61×10{\;}^{-12}}{10{\;}^{-12}}$=5.61mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{[OH{\;}^{-}]{\;}^{3}}$=$\frac{2.64×10{\;}^{-39}}{10{\;}^{-18}}$=2.64×10^-21mol/L，
所以 c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=5.61：2.64×10^-21=2.125×10²¹，
故答案为：2.125×10²¹；
（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⁺、CO₃^2-离子外，还含有Cl^-、SO₄^2-，
故答案为：Cl^-、SO₄^2-；
（4）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；
（5）已知：①Na₂CO₃•10H₂O（s）═Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ•mol^-1，②Na₂CO₃•10H₂O（s）═Na₂CO₃•H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ•mol^-1，利用盖斯定律，将①-②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．