Question

8．工业上以粗食盐（含有少量Ca²⁺、Mg²⁺杂质）、氨、石灰石等为原料，可以制备Na₂CO₃．其过程如下图所示．

请回答：
（1）在处理粗盐水的过程中，可加入石灰乳和纯碱作为沉淀剂，则所得滤渣的成分除过量的沉淀剂外还有CaCO₃、Mg（OH）₂．
（2）将CaO投入含有大量的NH₄Cl的母液中，能生成可循环使用的NH₃，该反应的化学方程式是2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O．
（3）向饱和食盐水中首先通入的气体是NH₃，过程Ⅲ中生成NaHCO₃晶体的反应的化学方程式是NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（4）碳酸钠晶体失水的能量变化示意图如下：

Na₂CO₃•H₂O （s） 脱水反应的热化学方程式是Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ•mol^-1．
（5）产品纯碱中常含有NaCl．取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b g固体．则该产品中Na₂CO₃的质量分数是$\frac{106（b-a）}{11a}$×100%．
（6）熔融Na₂CO₃可作甲烷--空气燃料电池的电解质，该电池负极的反应式是CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）钙离子会与碳酸根离子生成沉淀，镁离子会与氢氧根离子生成沉淀；
（2）生石灰和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和氯化铵反应生成氨气；
（3）食盐、氨气、水和二氧化碳发生化学反应，生成碳酸氢铵和氯化铵，据此书写化学方程式；
（4）根据碳酸钠晶体失水的能量变化示意图结合热效应解答；
（5）根据Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑进行计算；
（6）原电池的负极失去电子，电解质巍峨熔融碳酸钠，据此写出负极反应式．

解答 解：（1）钙离子会与碳酸根离子生成沉淀：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，镁离子会与氢氧根离子生成沉淀：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，所以滤渣的成分除过量的沉淀剂外还有CaCO₃、Mg（OH）₂，
故答案为：CaCO₃、Mg（OH）₂；
（2）CaO投入水中生成氢氧化钙，与氯化铵反应产生氨气、氯化钙、水，所以该反应的化学方程式是：2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（3）因为二氧化碳在水中的溶解度不大，所以先通入氨气，增大溶液的碱性，再通入二氧化碳气体；氨气、二氧化碳与饱和食盐水反应生成氯化铵和碳酸氢钠沉淀，化学方程式是：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案为：NH₃；NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（4）根据碳酸钠晶体失水的能量变化示意图可知，Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ/mol，Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃•H₂O （s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ/mol，根据盖斯定律，两式相减Na₂CO₃•H₂O （s） 脱水反应的热化学方程式是Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+532.36kJ/mol-（+473.63kJ/mol）=+58.73 kJ•mol^-1，
故答案为：Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73 kJ•mol^-1；
（5）产品纯碱中常含有NaCl，取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，得b g固体为NaCl，设碳酸钠的物质的量为X，根据方程式
       Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑          
               1              2           
               X              2x                                             
混合物质量：117x+a-106X=b，X=$\frac{b-a}{11}$mol，该产品中Na₂CO₃的质量分数：$\frac{106（b-a）}{11a}$×100%，
故答案为：$\frac{106（b-a）}{11a}$×100%．
（6）用熔融碳酸钠作电解质，甲烷燃料电池中，负极发生氧化反应，则甲烷在负极发生氧化反应，失去电子，生成二氧化碳和水，所以负极的电极反应式是CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O．

点评 本题考查了制备方案的设计，题目难度中等，明确实验目的为解答关键，注意熟练掌握侯氏制碱法的原理、电解原理及离子反应，明确电解原理及离子的放电顺序、离子之间的反应即可解答，题目较为综合，充分考查了学生的化学实验能力．