Question

5．某兴趣小组探究以芒硝Na₂SO₄•10H₂O和CaO为原料制备Na₂CO₃．
（1）将CaO水化后，与芒硝形成Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系，反应后过滤，向滤液中通入CO₂，期望得到Na₂CO₃．三元体系中反应的离子方程式为：SO₄^2-+Ca（OH）₂（s）+2H₂O?CaSO₄•2H₂O（s）+2OH^-该反应的平衡常数表达式K=$\frac{c（O{H}^{-}）^{2}}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$．往Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系中添加适量的某种酸性物质，控制pH=12.3[即c（OH^-）=0.02mol/L]，可使反应在常温下容易进行．反应后过滤，再向滤液中通入CO₂，进一步处理得到Na₂CO₃．
（2）在Na₂SO₄-Ca（OH）₂-H₂O三元体系中不直接通入CO₂，其理由是碱性条件下CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃．
（3）添加的酸性物质须满足的条件（写出两点）是不与Ca²⁺生成难溶物、酸性比碳酸弱．
（4）用平衡移动原理解释添加酸性物质的理由：酸性物质与OH^-反应，使平衡向生成CaSO₄•2H₂O的方向进行；
以HA表示所添加的物质，则总反应的离子方程式可写为SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄•2H₂O↓+2A^-．
（5）Na₂CO₃溶液中存在水解平衡：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．下列说法错误的是ad．
a．加水稀释，溶液中所有离子的浓度都减小      
b．通入CO₂，溶液pH减小
c．加入NaOH固体，$\frac{c（HC{O}_{3}^{-}）}{c（C{O}_{3}^{2-}）}$减小              
d．稀释溶液，平衡常数增大．

Answer 1

分析 （1）根据平衡常数的表达式写出该反应的平衡常数表达式；
（2）由于在碱性条件下，CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃；
（3）添加的酸性物质不能与Ca²⁺生成难溶物、酸性比碳酸弱；
（4）氢离子能够中和氢氧根离子，使平衡向生成CaSO₄•2H₂O的方向进行；HA的酸性比碳酸酸性弱，写成分子式；
（5）a、加水溶液碱性减小，氢氧根离子浓度减小，氢离子浓度减小；
b、通入CO₂，生成HCO₃^-；
c、氢氧化钠中的氢氧根离子抑制了碳酸钠水解；
d、温度不变，水解平衡常数不变．

解答 解：（1）根据平衡常数表达式，反应SO₄^2-+Ca（OH）₂（s）+2H₂O?CaSO₄•2H₂O（s）+2OH^-的平衡常数表达式为：K=$\frac{c（O{H}^{-}）^{2}}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$，
故答案为：$\frac{c（O{H}^{-}）^{2}}{c（S{{O}_{4}}^{2-}）}$；
（2）在碱性条件下CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃，所以不直接通入CO₂，
故答案为：碱性条件下CO₂与Ca²⁺生成难溶物CaCO₃；
（3）添加的酸性物质酸性要比碳酸的弱，且不能与钙离子生成沉淀，这样才能生成硫酸钙晶体，
故答案为：不与Ca²⁺生成难溶物；酸性比碳酸弱；
（4）加入酸性物质，氢离子可以中和氢氧根离子，使平衡向着生成CaSO₄•2H₂O的方向进行；以HA表示所添加的酸性物质，由于HA酸性要小于碳酸酸性，反正方程式中应该写成分子式，所以总反应的离子方程式为SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄•2H₂O↓+2A^-，
故答案为：酸性物质与OH^-反应，使平衡向生成CaSO₄•2H₂O的方向进行；SO₄^2-+Ca（OH）₂+2HA?CaSO₄•2H₂O↓+2A^-；
（5）a、加水溶液碱性减小，氢氧根离子浓度减小，氢离子浓度减小，由于氢离子和氢氧根离子浓度的乘积相同，所以氢离子浓度增大，故a错误；
b、通入CO₂，生成HCO₃^-；由于HCO₃^-的水解程度小于CO₃^2-的水解程度，所以溶液碱性减小，PH减小，故b正确；
c、氢氧化钠中的氢氧根离子抑制了碳酸钠水解，所以CO₃^2-的浓度增大，则$\frac{c（HC{{O}_{3}}^{-}）}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$减小，故c正确；
d、温度不变，水解平衡常数不变，故d错误；
故答案为：ad．

点评 本题考查了硫酸钙晶体的制取，涉及了化学平衡常数表达式书写、试剂选择等知识，是一道比较综合的练习，难度中等，明确实验目的、实验原理为解答关键，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力．