Question

用霞石岩（化学式为KNa₃[AlSiO₄]₄，主要成份Na₂O、K₂O、Al₂O₃、SiO₂）制碳酸钠、碳酸钾和氧化铝的工艺流程如下：

已知：NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12．溶解过滤流程产生的滤液中含钠、钾和铝的可溶性盐类，钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中．部分物质的溶解度见图．试回答下列问题：
（1）霞石岩添加石灰石和煤，煤的作用是

 

（2）灼烧得到固体M的化学方程式是：

 

．
（3）X物质是

 

（填化学式，下同），霞石泥的主要成分是

 

，滤液W中主要含有的离子有

 

（填三种）．
（4）操作Ⅰ得到碳酸钠晶体的操作为

 

、

 

、

 

、洗涤、干燥．
（5）碳酸化Ⅰ中发生主要反应的离子方程式是

 

．
（6）碳酸化Ⅱ调整pH=8的目的是

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：霞石岩加石灰石和煤粉碎煅烧碳酸钙分解产生二氧化碳即X，再用水溶解，过滤除去在滤渣霞石泥中的钙和硅等其他杂质，所得溶液碳酸化调PH值到11使溶液中的铝离子沉淀，所以过滤出的沉淀是氢氧化铝，灼烧得到的固体M为氧化铝，滤液经过蒸发浓缩，冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即得碳酸钠晶体，再将溶液碳酸化到PH值为8，所得溶液为碳酸氢钾，冷却，过滤，灼烧分解最终得到碳酸钾，以此分析解答．
（1）由于霞石岩加石灰石和煤粉碎煅烧，根据煅烧需要很高的温度来分析；
（2）溶解过滤工序产生的滤液中含钠、钾和铝的可溶性盐类，钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中，所以通入CO₂后一定生成氢氧化铝沉淀，灼烧则得到氧化铝，即M是氧化铝，所以灼烧得到固体M的化学方程式是2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O．
（3）在高温下矿石、石灰石、煤混合反应生成的X可以进行碳酸的酸化，实验中X一定是CO₂气体；钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中，所以霞石泥主要成分是硅酸钙；滤液W可以循环使用，用来制备碳酸钠和碳酸钾，所以其中主要含有的离子有Na⁺、K⁺、HCO₃^-．
（4）操作Ⅰ的目的是制备碳酸钠，根据物质的溶解度表可知，碳酸钠的溶解度随温度的升高而增大，所以操作应该是蒸发浓缩，冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即可．
（5）已知NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12，所以碳酸化Ⅰ中的生成物是碳酸盐，而不是碳酸氢盐，因此反应的离子方程式为2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（6）由于NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12，而碳酸氢钾灼烧生成碳酸钾，所以碳酸化Ⅱ调整pH=8的目的是使碳酸根转化为碳酸氢根离子，利于KHCO₃结晶析出．

解答： 解：霞石岩加石灰石和煤粉碎煅烧碳酸钙分解产生二氧化碳即X，再用水溶解，过滤除去在滤渣霞石泥中的钙和硅等其他杂质，所得溶液碳酸化调PH值到11使溶液中的铝离子沉淀，所以过滤出的沉淀是氢氧化铝，灼烧得到的固体M为氧化铝，滤液经过蒸发浓缩，冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即得碳酸钠晶体，再将溶液碳酸化到PH值为8，所得溶液为碳酸氢钾，冷却，过滤，灼烧分解最终得到碳酸钾；
（1）由于霞石岩加石灰石和煤粉碎煅烧，煅烧需要很高的温度，所以煤的作用为：与氧气反应放热，达到煅烧的温度，故答案为：与氧气反应放热，达到煅烧的温度；
（2）溶解过滤工序产生的滤液中含钠、钾和铝的可溶性盐类，钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中，所以通入CO₂后一定生成氢氧化铝沉淀，灼烧则得到氧化铝，即M是氧化铝，所以灼烧得到固体M的化学方程式是2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，故答案为：2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O．
（3）在高温下矿石、石灰石、煤混合反应生成的X可以进行碳酸的酸化，实验中X一定是CO₂气体；钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中，所以霞石泥主要成分是硅酸钙；滤液W可以循环使用，用来制备碳酸钠和碳酸钾，所以其中主要含有的离子有Na⁺、K⁺、HCO₃^-，故答案为：CO₂；CaSiO₃；Na⁺、K⁺、HCO₃^-；
（4）操作Ⅰ的目的是制备碳酸钠，根据物质的溶解度表可知，碳酸钠的溶解度随温度的升高而增大，所以操作应该是蒸发浓缩，冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥，故答案为：蒸发浓缩，冷却结晶，过滤．
（5）已知NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12，所以碳酸化Ⅰ中的生成物是碳酸盐，而不是碳酸氢盐，因此反应的离子方程式为2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．故答案为：2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（6）由于NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12，而碳酸氢钾灼烧生成碳酸钾，所以碳酸化Ⅱ调整pH=8的目的是使碳酸根转化为碳酸氢根离子，利于KHCO₃结晶析出，故答案为：碳酸根转化为碳酸氢根离子，利于KHCO₃结晶析出．

点评：该题是高考中的常见题型，难度大，综合性强，对学生的要求高．试题在注重对基础知识巩固和训练的同时，侧重对学生能力的培养和解题方法的指导与训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计能力以及评价能力．该类试题综合性强，理论和实践的联系紧密，有的还提供一些新的信息，这就要求学生必须认真、细致的审题，联系所学过的知识和技能，进行知识的类比、迁移、重组，全面细致的思考才能得出正确的结论．