Question

2．“分子篩”可作為催化劑、催化劑載體或吸附劑．以高嶺土（主要成分為Al₂O₃、SiO₂等）、石灰石、海水為原料生產(chǎn)“分子篩”工藝流程如圖所示．回答下列問題：

（1）海水中含Mg²⁺、Ca²⁺、SO₄^2-雜質．為制取NaOH，雜質離子必須除去．“除雜”時需按一定順序加入下列試劑：①過量的NaOH溶液；②過量的Na₂CO₃溶液；③適量的鹽酸；④過量的BaCl₂溶液．正確的添加順序是④①②③或①④②③或④②①③（填寫序號）．要使Ca²⁺完全沉淀（即溶液中c（Ca²⁺）＜1×10^-5mol/L），溶液中c（CO₃^2-）應不小于2.9×10^-4mol/L（已知：K_sp（CaCO₃）=2.9×10^-9）．
（2）電解制取NaOH的離子反應方程式：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑．電解過程中，陰極附近pH增大（“增大”、“減小”或“不變”）．
（3）氣體M（過量）和濾液N生成B的離子方程式是SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O═H₂SiO₃↓+2HCO₃^- AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-．
（4）寫出副產(chǎn)物A溶于水所得溶液中各離子濃度從大到小順序為c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）．
（5）已知：某高嶺土中Al₂O₃的質量分數(shù)為35%，則1t高嶺土在理論上可制得化學式為Na₂O•Al₂O₃•2SiO₂•9/2H₂O（Al₂O₃的質量分數(shù)為28%）的分子篩1.25t．

Answer 1

分析 （1）物質除雜的原則是“不增、不減、易分、復原”．注意一點，那就是最后加入加入過量的Na₂CO₃溶液是為了除去過量的Ca²⁺和多余的Ba²⁺，然后進行過濾，除去生成的難溶物，然后加入適量的鹽酸，除去多余的CO₃^2-和調節(jié)溶液的酸堿性，最后進行蒸發(fā)結晶得到純凈的NaCl晶體；根據(jù)碳酸鈣的溶度積常數(shù)計算；
（2）電解制取NaOH的離子反應是電解飽和食鹽水的反應，陰極附近氫離子得到電子破壞了水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大；
（3）石灰石煅燒生成的氣體M為CO₂．高嶺土焙燒后的產(chǎn)物主要是SiO₂和Al₂O₃，加NaOH過濾后得到的慮液N主要含有NaAlO₂和Na₂SiO₃，以此書寫離子方程式；
（4）碳酸鈉水解呈堿性，并且CO₃^2-離子存在兩步水解，且第一步水解大于第二步水解，以此判斷離子濃度大小順序；
（4）石灰石分解生成二氧化碳氣體，用于工業(yè)生成，生成的濾液N中含有碳酸氫鈉，加熱后又生成二氧化碳氣體，可循環(huán)利用；
（5）根據(jù)氧化鋁的質量守恒計算．

解答 解：（1）物質除雜的原則是“不增、不減、易分、復原”．必須了解各個步驟的目的，才能分清操作順序．加入過量的NaOH溶液是為了除去Mg²⁺，加入過量的BaCl₂溶液是為了除去SO₄^2-，加入過量的Na₂CO₃溶液是為了除去過量的Ca²⁺和多余的Ba²⁺，然后進行過濾，除去生成的難溶物，然后加入適量的鹽酸，除去多余的CO₃^2-和調節(jié)溶液的酸堿性，最后進行蒸發(fā)結晶得到純凈的NaCl晶體．所以其操作順序的要點是Na₂CO₃溶液必須在BaCl₂溶液之后加入，最后加入鹽酸，根據(jù)碳酸鈣的溶度積常數(shù)計算，要使Ca²⁺完全沉淀，c（Ca²⁺）≤10^-5mol/L應有
c（Ca²⁺）×c（CO^2-₃）≥2.9×10^-9，則c（CO^2-₃）≥$\frac{2.9×1{0}^{-9}}{1×1{0}^{-5}}$=2.9×10^-4mol/L，
故答案為：④①②③或①④②③或④②①③，2.9×10^-4mol/L；
（2）電解制取NaOH的離子反應是電解飽和食鹽水的反應，反應的離子方程式為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，陰極附近氫離子得到電子破壞了水的電離平衡，氫氧根離子濃度增大，溶液PH增大，
故答案為：2Cl^-+2H₂O $\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$ 2OH^-+H₂↑+Cl₂↑，增大；
（3）石灰石煅燒生成的氣體M為CO₂．高嶺土焙燒后的產(chǎn)物主要是SiO₂和Al₂O₃，加NaOH過濾后得到的慮液N主要含有NaAlO₂和Na₂SiO₃，所以通入足量CO₂后發(fā)生反應的方程式為：NaAlO₂+CO₂+2H₂O=Al（OH）₃↓+NaHCO₃；Na₂SiO₃+2CO₂+2H₂O=H₂SiO₃+2NaHCO₃．離子方程式為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O═H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-，
故答案為：SiO₃^2-+2CO₂+2H₂O═H₂SiO₃↓+2HCO₃^-；AlO₂^-+2H₂O+CO₂═Al（OH）₃↓+HCO₃^-；
（4）碳酸鈉水解呈堿性，并且CO₃^2-離子存在兩步水解，且第一步水解大于第二步水解，則有：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
（4）石灰石分解生成二氧化碳氣體，用于工業(yè)生成，生成的濾液N中含有碳酸氫鈉，加熱后又生成二氧化碳氣體，可循環(huán)利用，故答案為：CO₂；
（5）根據(jù)氧化鋁的質量守恒計算，設生成分子篩的質量為x，則有1t×35%=28%×xt，x=$\frac{35}{28}$t=1.25t，
故答案為：1.25．

點評 本題是一道以“分子篩”的制備為背景的化學工藝流程題，考查的是化學基本知識；結合生產(chǎn)生活實際，以解決化學實際問題作思路進行設問，使問題情境真實，充分體現(xiàn)化學與STSE的關系，還化學以本色，能考查學生的閱讀能力和資料的收集處理能力，同時對學生的審題能力、分析問題、解決問題、文字表達等方面的能力都要求非常高，是一道綜合性試題，對學生以后的學習可以起到良好的指導作用，題目難度中等．