Question

工業碳酸鈉（純度約為98%）中含有Mg²⁺、Fe³⁺、和Cl^-等雜質，一定條件下，用工業碳酸鈉制取試劑級碳酸鈉的工藝流程如下：

提示：碳酸鈉飽和溶液在不同溫度（t）下析出的結晶水合物如下所示：

請回答下列問題：
（1）一定溫度下，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，當兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，
c（Mg²⁺）：cFe³⁺）=

 

．
（已知：一定溫度下，K_sp[Mg（OH）₂]=5.28×10^-12；K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39）
（2）實驗室進行溶解與過濾均用到玻璃棒，其用途分別為

 

，

 

．
（3）“趁熱過濾”時，溫度應控制在

 

．
（4）已知：Na₂CO₃?10H₂O（s）═Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ/mol
Na₂CO₃?10H₂O（s）═Na₂CO₃?H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ/mol
寫出Na₂CO₃?H₂O（s）脫水生成水蒸氣和Na₂CO₃（s）的熱化學方程式：

 

．

Answer 1

考點：物質分離和提純的方法和基本操作綜合應用,熱化學方程式,難溶電解質的溶解平衡及沉淀轉化的本質

專題：實驗設計題

分析：工業碳酸鈉（純度約為98%）中含有Mg²⁺、Fe³⁺、和Cl^-等雜質，加入水溶解偶加入氫氧化鈉溶液過濾得到濾液通過蒸發濃縮，冷卻結晶，趁熱過濾得到碳酸鈉晶體，加熱脫水得到實際級碳酸鈉，母液重新溶解循環使用；
（1）因工業碳酸鈉中含有Mg²⁺，Fe³⁺，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）根據碳酸鈉溶液中碳酸根離子的水解是吸熱反應判斷；
（3）使析出的晶體為Na₂CO₃?H₂O，防止因溫度過低而析出Na₂CO₃?10H₂0晶體或Na₂CO₃?7H₂0晶體，36℃是一個轉折點；
（4）通過觀察兩個熱化學方程式，利用蓋斯定律來計算焓變即可；
（5）分析“母液”中存在的離子，若參與循環，將使離子濃度增大，對工業生產中哪個環節有所影響．

解答： 解：（1）一定溫度下，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃，濾渣的主要成分為Mg（OH）₂、Fe（OH）₃，發生的發應有：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Mg²⁺+2OH^-=Mg （OH） ₂↓，當兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（OH^-）=

10-14

10-8

=10^-6mol/L；
c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=

Ksp(Mg(OH)2)

c2(OH-)

：

Ksp(Fe(OH)3)

c3(OH-)

=

5.28×10-12

(10-8)2

：

2.64×10-39

(10-8)3

=2.00×10²¹；
故答案為：2.00×10²¹；
（2）實驗室進行溶解與過濾均用到玻璃棒，溶解時利用玻璃棒攪拌加速物質溶解，過濾操作使用玻璃棒引流防止液體飛濺；
故答案為：攪拌，促使固體溶解；引流，防止液體飛濺；
（3）“趁熱過濾”的原因是使析出的晶體為Na₂CO₃?H₂O，防止因溫度過低而析出Na₂CO₃?10H₂0晶體或Na₂CO₃?7H₂0晶體，所以溫度高于36℃，
故答案為：高于36℃；
（4）通過觀察兩個熱化學方程式，利用蓋斯定律，可將兩式相減得到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．

點評：本題考查了物質的分離、提純及物質的制取等知識，題目難度中等，本題是一道比較綜合的試題題，有利于考查學生分析和解決問題的能力．