Question

某制堿廠以巖鹽水為主要原料生產純堿（碳酸鈉）和其他副產品．
（一）原料巖鹽水主要含氯化鈉，此外還含有較多硫酸鈉，以及少量氯化鈣和氯化鎂．上述幾種物質在不同溫度時的溶解度數據如下表：

溫度/℃		0	10	20	30	40
溶	氯化鈉	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6
解	硫酸鈉	4.5	9.6	20.2	40.8	48.4
度	氯化鈣	59.5	65.0	74.5	100	116
/g	氯化鎂	52.9	53.8	54.8	56.0	58.0

根據所提供的溶解度數據，畫出硫酸鈉的溶解度曲線．
（二）巖鹽水初步處理后，經凈化、精制得到生產碳酸鈉所需要的食鹽水，同時制取副產品A晶體，其主要流程如下：

（1）“降溫”的目的是析出副產品“A晶體”，它是

 

 （寫對應溶質的化學式）析出的晶體．
（2）“鹽水精制I”中發生反應的化學方程式是

 

．
（3）“鹽水精制Ⅱ中發生反應的化學方程式是

 

．
（4）經過上述精制過程中，仍有一種物質并沒有能夠完全除去，該物質可以在溶液精制過程中步驟

 

（填序號）后加入稍過量的

 

溶液除去．
（三）用上述精制后的食鹽水為原料生產的純堿產品中會含有少量氯化鈉雜質．該制堿廠的
產品包裝袋上注明：碳酸鈉含量≥96%．為測定該產品中含碳酸鈉的質量分數，進行了以下實驗：取18.0g純堿樣晶放入燒杯中，稱得燒杯及所盛純堿樣品的總質量為158．Og，再把lOOg稀鹽酸平均分成四份依次加入樣品中，每次均充分反應．實驗數據記錄如下：

所加鹽酸的次數	第一次	第二次	第三次	第四次
鹽酸的質量	25	25	25	25
燒杯及所盛物質總質量	180.3	202.6	226.4	251.4

請你據此分析計算：
（1）第一次加入稀鹽酸充分反應后，生成二氧化碳的質量是

 

g．
（2）該產品中碳酸鈉的質量分數是否合格？（要求寫出計算過程，結果精確到0.1%）

Answer 1

分析：（一）根據溶解度表數據，通過描點法可以繪出溶解度曲線．
（二）（1）根據固體的溶解度曲線可以判斷出物質的溶解度隨溫度變化的變化情況，從而確定通過降溫還是蒸發溶劑的方法使溶質從溶液中結晶析出．
（2）加入氫氧化鈣溶液可以生成氫氧化鎂沉淀除去鎂離子．
（3）加入碳酸鈉溶液可以和鈣離子反應生成碳酸鈣沉淀而除去鈣離子．書寫方程式關鍵要根據書寫要求進行解答．
（4）根據硫酸鈣微溶于水的性質，可判斷硫酸根還需要除去．
（三）（1）根據質量守恒定律，由反應前后燒杯及所盛物質總質量的差，計算生成二氧化碳的質量；
（2）根據完全反應后所放出二氧化碳的質量，計算樣品中碳酸鈉的質量，由碳酸鈉質量與樣品質量比計算樣品中碳酸鈉質量分數，并與所標注對比，判斷是否達到標注量．

解答：解：（一）溶解度曲線如右圖：
（二）（1）由于巖鹽水主要含氯化鈉，此外還含有較多硫酸鈉，以及少量氯化鈣和氯化鎂，通過題中所給溶解度表可知氯化鈉、氯化鎂的溶解度受溫度的影響很小，氯化鈣的溶解度又比較大，而硫酸鈉的溶解度隨溫度的降低明顯減小，因此降溫時析出的主要是Na₂SO₄，故答案為：Na₂SO₄
（2）由于氫氧化鈣溶液能夠和巖鹽水中的氯化鎂反應生成氫氧化鎂沉淀，
故答案為：Ca（OH）₂+MgCl₂═CaCl₂+Mg（OH）₂↓
（3）由于碳酸鈉和氯化鈣反應生成碳酸鈣沉淀，
故答案為：CaCl₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaCl
（4）當加入過量的氫氧化鈣后，因為硫酸鈣微溶于水，不能將硫酸根完全除去，所以應加入氯化鋇溶液除去硫酸根，但
過量的鋇離子必須由后面所加試劑碳酸鈉來除去，所以應該在第3或4步后加入氯化鋇溶液．
故答案為：3或4；BaCl₂
（三）（1）根據質量守恒定律，第一次加入鹽酸充分反應后，生成二氧化碳的質量=158.0g+25g-180.3=2.7g
故答案為：2.7；
（2）分析四次燒杯的質量變化可以得出第三次鹽酸就過量，所以完全反應后放出二氧化碳的質量=158.0g+25g×4-251.4g=6.6g
設樣品中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                   44
x                     6.6g

106

x

=

44

6.6g

解之得：x=15.9g
所以產品中碳酸鈉的質量分數=

15.9g

18.0g

×100%=88.3%＜96%，因此，產品不合格
答：該產品中碳酸鈉的質量分數是88.3%，不合格．

點評：本題難度較大，主要考查了固體溶解度曲線的意義及有關的化學方程式的書寫及學生整理信息分析數據的能力，培養學生對知識的應用和理解．