Question

6．四川省钙芒硝矿（主要成分CaSO₄•Na₂SO₄）资源丰富．钙芒硝矿可生产具有广泛用途的芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）和元明粉（Na₂SO₄），其简要生产流程如图1所示．

请回答下列问题：
（1）浸取Na₂SO₄时，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，破坏钙芒硝矿结构，从而促进Na₂SO₄的浸取．CaSO₄能转化为CaCO₃的原因是碳酸钙溶解度小于硫酸钙
（2）向Na₂SO₄的浸取液中加入适量烧碱和纯碱，Ca²⁺和Mg²⁺分别生成CaCO₃、Mg（OH）₂（填写化学式）被过滤除去．
（3）根据如图2溶解度曲线，可采用冷却结晶法从含少量NaCl的Na₂SO₄饱和溶液中制得芒硝的原因是：
40°C内，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度随温度的降低显著减小，而NaCl的溶解度基本不变，冷却时只有Na₂SO₄•10H₂O结晶析出
（4）已知：25℃、101kPa时，2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-222kJ/mol
4Na₂SO₃（s）=3Na₂SO₄（s）+Na₂S（s）△H=-122kJ/mol
2Na₂SO₃ （s）+O₂（g）=2Na₂SO₄（s）△H=-572kJ/mol
元明粉经碳还原制备Na₂S的热化学方程式是Na₂SO₄（s）+4C（s）=Na₂S（s）+4CO（g）△=+578KJ/mol
（5）如图3，用惰性电极电解Na₂SO₄溶液，阳极区制得H₂SO₄溶液，阴极区制得NaOH溶液．其电解总反应的化学方程式是2Na₂SO₄+6H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂SO₄+4NaOH+2H₂↑+O₂↑．
（6）芒硝加热至70℃时，得到Na₂SO₄的饱和溶液（结晶水作溶剂，忽略加热过程中水的蒸发）和无水Na₂SO₄．若3220kg芒硝加热到70℃时，可析出元明粉（Na₂SO₄）的质量是610Kg．

Answer 1

分析 芒硝矿（主要成分CaSO₄•Na₂SO₄）资源丰富．钙芒硝矿可生产具有广泛用途的芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）和元明粉（Na₂SO₄），芒硝矿加入碳酸钠溶液浸取Na₂SO₄时，利用碳酸钙溶解度小于硫酸钙，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，得到滤液含有Mg²⁺，Ca²⁺，Cl^-，加入烧碱沉淀镁离子，加入碳酸钠除去钙离子过滤浓缩得到含氯离子的硫酸钠溶液，浓缩结晶过滤得到芒硝，70°C加热得到Na₂SO₄的饱和溶液（结晶水作溶剂，忽略加热过程中水的蒸发）和无水Na₂SO₄；
（1）碳酸钙比硫酸钙难溶，加入碳酸钠溶液使CaSO₄能转化为CaCO₃；
（2）加入碳酸钠溶液沉淀钙离子生成碳酸钙沉淀，加入氢氧化钠沉淀镁离子生成氢氧化镁沉淀；
（3）图象分析可知40°C内，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度随温度的降低显著减小，而NaCl的溶解度基本不变；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算所得热化学方程式；
（5）用惰性电极电解Na₂SO₄溶液，阳极区是氢氧根离子失电子生成氧气，氢离子浓度增大制得H₂SO₄溶液，阴极区是氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大制得NaOH溶液；
（6）70℃时硫酸钠溶解度为45g，计算3220kg芒硝中结晶水的质量和硫酸钠质量，结合溶解度计算溶解的硫酸钠质量，得到元明粉（Na₂SO₄）的质量；

解答 解：芒硝矿（主要成分CaSO₄•Na₂SO₄）资源丰富．钙芒硝矿可生产具有广泛用途的芒硝（Na₂SO₄•10H₂O）和元明粉（Na₂SO₄），芒硝矿加入碳酸钠溶液浸取Na₂SO₄时，利用碳酸钙溶解度小于硫酸钙，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，得到滤液含有Mg²⁺，Ca²⁺，Cl^-，加入烧碱沉淀镁离子，加入碳酸钠除去钙离子过滤浓缩得到含氯离子的硫酸钠溶液，浓缩结晶过滤得到芒硝，70°C加热得到Na₂SO₄的饱和溶液（结晶水作溶剂，忽略加热过程中水的蒸发）和无水Na₂SO₄；
（1）浸取Na₂SO₄时，加入少量Na₂CO₃可使钙芒硝矿中的部分CaSO₄转化为CaCO₃，破坏钙芒硝矿结构，从而促进Na₂SO₄的浸取．CaSO₄能转化为CaCO₃的原因是碳酸钙比硫酸钙难溶，加入碳酸钠溶液使CaSO₄能转化为CaCO₃，
故答案为：碳酸钙溶解度小于硫酸钙；
（2）加入碳酸钠溶液沉淀钙离子生成碳酸钙沉淀，化学式为CaCO₃，加入氢氧化钠沉淀镁离子生成氢氧化镁沉淀化学式为Mg（OH）₂，
故答案为：CaCO₃；Mg（OH）₂；
（3）采用冷却结晶法从含少量NaCl的Na₂SO₄饱和溶液中制得芒硝的原因是，图象分析可知40°C内，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度随温度的降低显著减小，而NaCl的溶解度基本不变，冷却时只有Na₂SO₄•10H₂O结晶析出，
故答案为：40°C内，Na₂SO₄•10H₂O的溶解度随温度的降低显著减小，而NaCl的溶解度基本不变，冷却时只有Na₂SO₄•10H₂O结晶析出；
（4）依据热化学方程式和盖斯定律计算所得热化学方程式，
①2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-222kJ/mol
②4Na₂SO₃（s）=3Na₂SO₄（s）+Na₂S（s）△H=-122kJ/mol
③2Na₂SO₃ （s）+O₂（g）=2Na₂SO₄（s）△H=-572kJ/mol
依据盖斯定律计算得到，（①-③）×2+②得到元明粉经碳还原制备Na₂S的热化学方程式是：Na₂SO₄（s）+4C（s）=Na₂S（s）+4CO（g）△=+578KJ/mol，
故答案为：Na₂SO₄（s）+4C（s）=Na₂S（s）+4CO（g）△=+578KJ/mol；
（5）用惰性电极电解Na₂SO₄溶液，阳极区是氢氧根离子失电子生成氧气，氢离子浓度增大制得H₂SO₄溶液，阴极区是氢离子得到电子生成氢气，氢氧根离子浓度增大制得NaOH溶液，反应的化学方程式为：2Na₂SO₄+6H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂SO₄+4NaOH+2H₂↑+O₂↑，
故答案为：2Na₂SO₄+6H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2H₂SO₄+4NaOH+2H₂↑+O₂↑；
（6）70℃时硫酸钠溶解度为45g，计算3220kg芒硝中结晶水的质量=3220Kg×$\frac{18×10}{322}$=1800kg，含有硫酸钠质量=3220kg-1800kg=1420kg，结合溶解度计算溶解的硫酸钠质量为x，
100g：45g=1800g：x
x=810kg
得到元明粉（Na₂SO₄）的质量=1420kg-810kg=610kg，
故答案为：610；

点评 本题考查了物质分离提纯的方法和流程分析判断，主要是实验操作和物质性质的理解应用，掌握题干信息和活性基础是关键，题目难度中等．