Question

3．已知：Ⅰ．碳酸鈉的飽和溶液在不同溫度下析出的溶質(zhì)如圖所示：
Ⅱ、25℃時(shí)有關(guān)物質(zhì)的溶度積如下：

物質(zhì)	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

工業(yè)碳酸鈉（純度約為98%）中含有Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-和SO₄^2-等雜質(zhì)，提純工藝線路如下：

（1）加入NaOH溶液時(shí)，反應(yīng)的離子方程式為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，當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時(shí)，c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=2.125×10²¹；
（3）“母液”中除了含有Na⁺、CO₃^2-外，還含有Cl^-、SO₄^2-等離子．
（4）有人從“綠色化學(xué)”角度設(shè)想將“母液”沿流程中虛線所示進(jìn)行循環(huán)使用．請(qǐng)你分析實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中是否可行不可行（填“可行”或“不可行”），并說明理由若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)；
（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
寫出Na₂CO₃•H₂O脫水反應(yīng)的熱化學(xué)方程式Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol．

Answer 1

分析 （1）因工業(yè)碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀；
（2）根據(jù)氫氧化鎂和氫氧化鐵的溶解平衡以及溶度積表達(dá)式，則當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時(shí)，c（Mg²⁺）=$\frac{Ksp}{[OH{\;}^{-}]{\;}^{2}}$，（Fe³⁺）=$\frac{Ksp}{[OH{\;}^{-}]{\;}^{3}}$，據(jù)此計(jì)算；
（3）除去g²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，濾液中除了含有 Na⁺、CO₃^2-離子外，還含有Cl^-、SO₄^2-；
（4）分析“母液”中存在的離子，若參與循環(huán)，將使離子濃度增大，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)中哪個(gè)環(huán)節(jié)有所影響；
（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，利用蓋斯定律，將①-②得到Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g），據(jù)此書寫熱化學(xué)方程式．

解答 解：（1）碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，濾渣的主要成分為Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃，發(fā)生的發(fā)應(yīng)有：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg （OH） ₂↓+CO₃^2-，
故答案為：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg（OH ）₂↓+CO₃^2-；
（2）根據(jù)氫氧化鎂和氫氧化鐵的溶解平衡以及溶度積表達(dá)式，則當(dāng)兩種沉淀共存且溶液的pH=8時(shí)，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，
故答案為：2.125×10²¹；
（3）碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，過濾后濾液中除了含有 Na⁺、CO₃^2-離子外，還含有Cl^-、SO₄^2-，
故答案為：Cl^-、SO₄^2-；
（4）若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)，這樣不符合該提純工藝，
故答案為：不可行；若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)；
（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，利用蓋斯定律，將①-②得到Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g），即Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol，
故答案為：Na₂CO₃•H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)的分離、提純及物質(zhì)的制取等知識(shí)，題目難度中等，本題是一道比較綜合的試題題，有利于考查學(xué)生分析和解決問題的能力．