Question

8．工業(yè)上電解氧化鋁以冰晶石（Na₃AlF₆）作助熔劑，已知冰晶石難溶于水．用螢石（CaF₂）為原料生產(chǎn)Na₃AlF₆的流程如下

試結(jié)合生產(chǎn)流程回答下列問題：
（1）上述流程中涉及的過濾操作所用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒和漏斗；
（2）用水浸取后所得殘?jiān)�的主要成分是CaSiO₃，請(qǐng)寫出煅燒時(shí)總反應(yīng)的化學(xué)方程式CaF₂+SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaSiO₃+2NaF+CO₂↑；
（3）煅燒產(chǎn)生的氣體可用于聯(lián)合制堿，其相應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；煅燒后的固體在浸取前進(jìn)行粉碎的目的是使NaF快速完全溶解；
（4）干燥前，檢驗(yàn)冰晶石是否洗滌干凈的實(shí)驗(yàn)方法是取最后一次洗滌液少量于試管中，滴加氯化鋇溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀證明已洗滌干凈，反之，則未洗滌干凈；
（5）向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：6F^-+Al³⁺+3Na⁺═Na₃AlF₆↓；NaF溶液呈堿性，因此在加入硫酸鋁溶液前，需先用硫酸將NaF溶液的pH下調(diào)至5左右，否則可能產(chǎn)生副產(chǎn)物Al（OH）₃；
（6）975kg含CaF₂ 80%的螢石（雜質(zhì)不含氟元素）理論上可生產(chǎn)Na₃AlF₆700kg（設(shè)生產(chǎn)過程中的每一步含氟物質(zhì)均完全轉(zhuǎn)化）．

Answer 1

分析 工業(yè)上生產(chǎn)Na₃AlF₆的主要流程：氟化鈣、石英、純堿高溫煅燒：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，殘?jiān)鼮镃aSiO₃，加入硫酸鋁，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)的離子方程式為：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，過濾、洗滌、干燥得純凈的Na₃AlF₆產(chǎn)品，
（1）過濾操作所用的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒；  
（2）煅燒時(shí)的反應(yīng)物有CaF₂、SiO₂、Na₂CO₃，生成物已知的有CO₂、CaSiO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知另一產(chǎn)物為NaF，得到煅燒時(shí)方程式；
（3）聯(lián)合制堿法又稱侯氏制堿法，其基礎(chǔ)反應(yīng)為NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；工業(yè)上粉碎固體的目的一般為增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，或溶解速率；
（4）冰晶石如果沒有洗凈，則最后一次洗滌液中會(huì)有Na⁺或SO₄^2-，一般檢驗(yàn)SO₄^2-；
（5）向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液，生成物為不溶于水的Na₃AlF₆，直接得到離子方程式；向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液可以得到Na₃AlF₆，氟調(diào)子水解，溶液呈堿性，溶液pH較高時(shí)，鋁離子會(huì)生成氫氧化鋁沉淀；
（6）根據(jù)氟元素守恒可計(jì)算出Na₃AlF₆的質(zhì)量．

解答 解：工業(yè)上生產(chǎn)Na₃AlF₆的主要流程：氟化鈣、石英、純堿高溫煅燒：CaF₂+Na₂CO₃ +SiO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CO₂↑+2NaF+CaSiO₃↓，加水浸取，殘?jiān)鼮镃aSiO₃，加入硫酸鋁，硫酸鋁與NaF（aq）反應(yīng)的離子方程式為：3Na⁺+6F^-+Al³⁺=Na₃AlF₆↓，過濾、洗滌、干燥得純凈的Na₃AlF₆產(chǎn)品，
（1）過濾操作所用的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故答案為：燒杯；玻璃棒；
（2）煅燒時(shí)的反應(yīng)物有CaF₂、SiO₂、Na₂CO₃，生成物已知的有CO₂、CaSiO₃，根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知另一產(chǎn)物為NaF，得到煅燒時(shí)方程式；CaF₂+SiO₂+Na₂CO₃═CaSiO₃+2NaF+CO₂↑，故答案為：CaF₂+SiO₂+Na₂CO₃═CaSiO₃+2NaF+CO₂↑；
（3）聯(lián)合制堿法又稱侯氏制堿法，其基礎(chǔ)反應(yīng)為NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；工業(yè)上粉碎固體的目的一般為增大接觸面積，加快反應(yīng)速率，或溶解速率，故答案為：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；使NaF快速完全溶解；
（4）冰晶石如果沒有洗凈，則最后一次洗滌液中會(huì)有Na⁺或SO₄^2-，一般檢驗(yàn)SO₄^2-，故答案為：取最后一次洗滌液少量于試管中，滴加氯化鋇溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀證明已洗滌干凈，反之，則未洗滌干凈（也可用焰色反應(yīng)檢驗(yàn)Na⁺）；
（5）向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液，生成物為不溶于水的Na₃AlF₆，直接得到離子方程式為6F^-+Al³⁺+3Na⁺═Na₃AlF₆↓；向NaF溶液中加入硫酸鋁溶液可以得到Na₃AlF₆，氟調(diào)子水解，溶液呈堿性，溶液pH較高時(shí)，鋁離子會(huì)生成氫氧化鋁沉淀，故答案為：6F^-+Al³⁺+3Na⁺═Na₃AlF₆↓；Al（OH）₃；（6）975kg螢石中氟元素的物質(zhì)的量為 $\frac{975×1000×80%}{78}$×2mol=2000mol，根據(jù)氟元素守恒可知，理論上可生產(chǎn)Na₃AlF₆的質(zhì)量為210×2000×$\frac{1}{6}$g=700kg，故答案為：700．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了Na₃AlF₆的制備，涉及物質(zhì)的分離與提純、離子反應(yīng)方程式的書寫、化學(xué)計(jì)算，理解原理以及熟練綜合應(yīng)用元素化合物知識(shí)是解答關(guān)鍵，題目難度中等．