Question

17．冬日，雪花漫舞，給人帶來美的享受，但降雪卻會導致道路通行問題．現有一種高速公路的綠色融雪劑-CMA（醋酸鈣、醋酸鎂固體的混合物），其生產常以白云石（主要成分MgC0₃•CaC0₃，含Si0₂等雜質）和生物質廢液--木醋液（主要成分乙酸，以及少量的甲醇、苯酚、焦油等雜質）等為原料，流程如圖1：

（1）步驟①發生的反應離子方程式為MgCO₃•CaCO₃+4CH₃COOH=Ca²⁺+Mg²⁺+4CH₃COO^-+2CO₂↑+2H₂O．
（2）濾渣1的主要成分與NaOH溶液反應的熱化學方程式為Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol（己知lmol NaOH發生反應時放出熱量為QkJ）；步驟②所得濾液常呈褐色，分析可知其原因主要是木醋液中含有少量的有色的焦油以及實驗過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產生褐色物質．
（3）已知CMA中鈣、鎂的物質的量之比與出水率（與融雪效果成正比）關系如圖2所示，步驟④的目的除調節
n（Ca）：n（Mg） 約為3：7（選填：1：3； 1：2； 3：7； 2：3）外，另一目的是除去過量的乙酸．

（4）步驟⑥包含的操作有蒸發結晶、過濾、洗滌及干燥．
（5）取akg含MgC0₃•CaC0₃質量分數為b%的白云石，經過上述流程制備CMA．已知MgC0₃'•CaC0₃的損失率為
c%，步驟④之后到產品CMA的損失率為d%，則結合（3）可知所得產品質量約為（$\frac{a×b%（1-c%）×158}{184}+\frac{a×b%×（1-c%）×\frac{7}{3}×142}{184}$）×（1-d%）kg（請用含相關字母的計算式表達，不必化簡）．

Answer 1

分析 根據流程圖可知，白云石（主要成分MgCO₃•CaCO₃，含SiO₂等雜質）與木醋液（主要成分乙酸）反應生成醋酸鈣和醋酸鎂，過濾得濾渣1為二氧化硅，濾液中主要溶質是醋酸鈣和醋酸鎂，加入活性碳脫色，再加入氧化鎂，調節溶液中n（Ca）：n（Mg）的值，過濾，除去混合液中固體雜質，得醋酸鈣和醋酸鎂溶液，將濾液蒸發結晶、過濾、洗滌及干燥得CMA，
（1）步驟①MgCO₃•CaCO₃與CH₃COOH的反應生成醋酸鈣和醋酸鎂；
（2）己知lmol NaOH與二氧化硅發生反應時放出熱量為QkJ，則反應的熱化學方程式為Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol，
步驟②所得濾液常呈褐色，顏色除與木醋液中含有少量的有色的焦油有關外，產生顏色的另一主要原因是實驗過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產生褐色物質；
（3）根據如圖2所示鈣、鎂的物質的量之比與出水率（與融雪效果成正比）關系，可知，當n（Ca）：n（Mg）約為3：7時，出水率最高；
（4）根據上面的分析可知，步驟⑥包含的操作有 蒸發結晶、過濾、洗滌及干燥；
（5）取akg含MgC0₃•CaC0₃質量分數為b%的白云石，經過上述流程制備CMA．已知MgC0₃'•CaC0₃的損失率為c%，則可得n（Ca（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}×1{0}^{3}$mol，
n（Mg（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}×1{0}^{3}$×$\frac{7}{3}$mol，
步驟④之后到產品CMA的損失率為d%，以此計算產量．

解答 解：根據流程圖可知，白云石（主要成分MgCO₃•CaCO₃，含SiO₂等雜質）與木醋液（主要成分乙酸）反應生成醋酸鈣和醋酸鎂，過濾得濾渣1為二氧化硅，濾液中主要溶質是醋酸鈣和醋酸鎂，加入活性碳脫色，再加入氧化鎂，調節溶液中n（Ca）：n（Mg）的值，過濾，除去混合液中固體雜質，得醋酸鈣和醋酸鎂溶液，將濾液蒸發結晶、過濾、洗滌及干燥得CMA，
（1）步驟①發生的反應離子方程式為 MgCO₃•CaCO₃+4CH₃COOH=Ca²⁺+Mg²⁺+4CH₃COO^-+2CO₂↑+2H₂O，
故答案為：MgCO₃•CaCO₃+4CH₃COOH=Ca²⁺+Mg²⁺+4CH₃COO^-+2CO₂↑+2H₂O；
（2）己知lmol NaOH與二氧化硅發生反應時放出熱量為QkJ，則反應的熱化學方程式為Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol，
步驟②所得濾液常呈褐色，顏色除與木醋液中含有少量的有色的焦油有關外，產生顏色的另一主要原因是實驗過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產生褐色物質，
故答案為：Si0₂（s）+2NaOH（aq）=Na₂SiO₃（aq）+H₂O（l），△H=-2QkJ/mol；實驗過程中苯酚被空氣中氧氣氧化最終產生褐色物質；
（3）根據如圖2所示鈣、鎂的物質的量之比與出水率（與融雪效果成正比）關系，可知，當n（Ca）：n（Mg）約為3：7時，出水率最高，所以步驟④的目的除調節n（Ca）：n（Mg）約為3：7，步驟④中加入氧化鎂的目的是調節鈣、鎂離子的物質的量之比，除去過量的乙酸，
故答案為：3：7；除去過量的乙酸；
（4）根據上面的分析可知，步驟⑥包含的操作有 蒸發結晶、過濾、洗滌及干燥，
故答案為：蒸發結晶；
（5）取akg含MgC0₃•CaC0₃質量分數為b%的白云石，經過上述流程制備CMA．已知MgC0₃'•CaC0₃的損失率為c%，則可得n（Ca（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}×1{0}^{3}$mol，
n（Mg（CH₃COO）₂）=$\frac{a×b%（1-c%）}{184}×1{0}^{3}$×$\frac{7}{3}$mol，
步驟④之后到產品CMA的損失率為d%，
則可知所得產品質量約為 （$\frac{a×b%（1-c%）×158}{184}+\frac{a×b%×（1-c%）×\frac{7}{3}×142}{184}$）×（1-d%），
故答案為：（$\frac{a×b%（1-c%）×158}{184}+\frac{a×b%×（1-c%）×\frac{7}{3}×142}{184}$）×（1-d%）．

點評 本題考查CMA的工藝流程，側重考查學生閱讀題目獲取信息能力、對工藝流程的理解、物質分離提純與條件控制等，綜合性較強，題目難度中等，需要學生具備扎實的基礎知識與綜合運用知識、信息進行解決問題的能力．