Question

工业碳酸钠（纯度约为98%）中含有Mg²⁺、Fe³⁺、和Cl^-等杂质，一定条件下，用工业碳酸钠制取试剂级碳酸钠的工艺流程如下：

提示：碳酸钠饱和溶液在不同温度（t）下析出的结晶水合物如下所示：

请回答下列问题：
（1）一定温度下，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，
c（Mg²⁺）：cFe³⁺）=

 

．
（已知：一定温度下，K_sp[Mg（OH）₂]=5.28×10^-12；K_sp[Fe（OH）₃]=2.64×10^-39）
（2）实验室进行溶解与过滤均用到玻璃棒，其用途分别为

 

，

 

．
（3）“趁热过滤”时，温度应控制在

 

．
（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
写出Na₂CO₃?H₂O（s）脱水生成水蒸气和Na₂CO₃（s）的热化学方程式：

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用,热化学方程式,难溶电解质的溶解平衡及沉淀转化的本质

专题：实验设计题

分析：工业碳酸钠（纯度约为98%）中含有Mg²⁺、Fe³⁺、和Cl^-等杂质，加入水溶解偶加入氢氧化钠溶液过滤得到滤液通过蒸发浓缩，冷却结晶，趁热过滤得到碳酸钠晶体，加热脱水得到实际级碳酸钠，母液重新溶解循环使用；
（1）因工业碳酸钠中含有Mg²⁺，Fe³⁺，Ca²⁺，所以“除杂”中加入过量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀；
（2）根据碳酸钠溶液中碳酸根离子的水解是吸热反应判断；
（3）使析出的晶体为Na₂CO₃?H₂O，防止因温度过低而析出Na₂CO₃?10H₂0晶体或Na₂CO₃?7H₂0晶体，36℃是一个转折点；
（4）通过观察两个热化学方程式，利用盖斯定律来计算焓变即可；
（5）分析“母液”中存在的离子，若参与循环，将使离子浓度增大，对工业生产中哪个环节有所影响．

解答： 解：（1）一定温度下，向含有Mg²⁺、Fe³⁺的溶液中滴加NaOH溶液，加入过量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃，滤渣的主要成分为Mg（OH）₂、Fe（OH）₃，发生的发应有：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，Mg²⁺+2OH^-=Mg （OH） ₂↓，当两种沉淀共存且溶液的pH=8时，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；
故答案为：2.00×10²¹；
（2）实验室进行溶解与过滤均用到玻璃棒，溶解时利用玻璃棒搅拌加速物质溶解，过滤操作使用玻璃棒引流防止液体飞溅；
故答案为：搅拌，促使固体溶解；引流，防止液体飞溅；
（3）“趁热过滤”的原因是使析出的晶体为Na₂CO₃?H₂O，防止因温度过低而析出Na₂CO₃?10H₂0晶体或Na₂CO₃?7H₂0晶体，所以温度高于36℃，
故答案为：高于36℃；
（4）通过观察两个热化学方程式，利用盖斯定律，可将两式相减得到Na₂CO₃?H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g），
即Na₂CO₃?H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol，
故答案为：Na₂CO₃?H₂O（S）═Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73kJ/mol．

点评：本题考查了物质的分离、提纯及物质的制取等知识，题目难度中等，本题是一道比较综合的试题题，有利于考查学生分析和解决问题的能力．