Question

8．工業上以粗食鹽（含有少量Ca²⁺、Mg²⁺雜質）、氨、石灰石等為原料，可以制備Na₂CO₃．其過程如下圖所示．

請回答：
（1）在處理粗鹽水的過程中，可加入石灰乳和純堿作為沉淀劑，則所得濾渣的成分除過量的沉淀劑外還有CaCO₃、Mg（OH）₂．
（2）將CaO投入含有大量的NH₄Cl的母液中，能生成可循環使用的NH₃，該反應的化學方程式是2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O．
（3）向飽和食鹽水中首先通入的氣體是NH₃，過程Ⅲ中生成NaHCO₃晶體的反應的化學方程式是NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（4）碳酸鈉晶體失水的能量變化示意圖如下：

Na₂CO₃•H₂O （s） 脫水反應的熱化學方程式是Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ•mol^-1．
（5）產品純堿中常含有NaCl．取a g混合物與足量稀鹽酸充分反應，加熱、蒸干、灼燒，得b g固體．則該產品中Na₂CO₃的質量分數是$\frac{106（b-a）}{11a}$×100%．
（6）熔融Na₂CO₃可作甲烷--空氣燃料電池的電解質，該電池負極的反應式是CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）鈣離子會與碳酸根離子生成沉淀，鎂離子會與氫氧根離子生成沉淀；
（2）生石灰和水反應生成氫氧化鈣，氫氧化鈣和氯化銨反應生成氨氣；
（3）食鹽、氨氣、水和二氧化碳發生化學反應，生成碳酸氫銨和氯化銨，據此書寫化學方程式；
（4）根據碳酸鈉晶體失水的能量變化示意圖結合熱效應解答；
（5）根據Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑進行計算；
（6）原電池的負極失去電子，電解質巍峨熔融碳酸鈉，據此寫出負極反應式．

解答 解：（1）鈣離子會與碳酸根離子生成沉淀：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，鎂離子會與氫氧根離子生成沉淀：Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，所以濾渣的成分除過量的沉淀劑外還有CaCO₃、Mg（OH）₂，
故答案為：CaCO₃、Mg（OH）₂；
（2）CaO投入水中生成氫氧化鈣，與氯化銨反應產生氨氣、氯化鈣、水，所以該反應的化學方程式是：2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案為：2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（3）因為二氧化碳在水中的溶解度不大，所以先通入氨氣，增大溶液的堿性，再通入二氧化碳氣體；氨氣、二氧化碳與飽和食鹽水反應生成氯化銨和碳酸氫鈉沉淀，化學方程式是：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：NH₃；NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（4）根據碳酸鈉晶體失水的能量變化示意圖可知，Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36kJ/mol，Na₂CO₃•10H₂O（s）=Na₂CO₃•H₂O （s）+9H₂O（g）△H=+473.63kJ/mol，根據蓋斯定律，兩式相減Na₂CO₃•H₂O （s） 脫水反應的熱化學方程式是Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+532.36kJ/mol-（+473.63kJ/mol）=+58.73 kJ•mol^-1，
故答案為：Na₂CO₃•H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73 kJ•mol^-1；
（5）產品純堿中常含有NaCl，取a g混合物與足量稀鹽酸充分反應，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，得b g固體為NaCl，設碳酸鈉的物質的量為X，根據方程式
       Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑          
               1              2           
               X              2x                                             
混合物質量：117x+a-106X=b，X=$\frac{b-a}{11}$mol，該產品中Na₂CO₃的質量分數：$\frac{106（b-a）}{11a}$×100%，
故答案為：$\frac{106（b-a）}{11a}$×100%．
（6）用熔融碳酸鈉作電解質，甲烷燃料電池中，負極發生氧化反應，則甲烷在負極發生氧化反應，失去電子，生成二氧化碳和水，所以負極的電極反應式是CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O，
故答案為：CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O．

點評 本題考查了制備方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的為解答關鍵，注意熟練掌握侯氏制堿法的原理、電解原理及離子反應，明確電解原理及離子的放電順序、離子之間的反應即可解答，題目較為綜合，充分考查了學生的化學實驗能力．