Question

9．工業(yè)碳酸鈉中含有Mg²⁺、Fe²⁺、Cl^-和SO₄^2-等雜質(zhì)，提純工藝流程如下：

已知：碳酸鈉的飽和溶液在不同溫度下析出的溶質(zhì)如圖1所示：

回答下列問(wèn)題：
（1）溶解時(shí)通入熱空氣的作用有升溫加快溶解速率、除去鐵元素（或加熱促進(jìn)Fe³⁺（Fe²⁺）的水解或氧化Fe²⁺）（寫出兩條即可）；生成氫氧化鎂沉淀的離子方程式為Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓．
（2）“趁熱過(guò)濾”時(shí)的溫度應(yīng)控制在不低于36℃；簡(jiǎn)述過(guò)濾后洗滌固體的操作向過(guò)濾器中加入36℃的熱水沒(méi)過(guò)固體表面，待水自然流干后，重復(fù)操作2～3次．
（3）為檢驗(yàn)?zāi)敢褐惺欠窈�有Cl^-，必須加入的試劑為足量的Ba（NO₃）₂和HNO₃溶液、少量的AgNO₃溶液．
（4）室溫下用石墨電極電解飽和Na₂CO₃溶液（裝置如圖2），寫出Y電極反應(yīng)式：2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-）
（5）取提純后的該純品10.8g溶于水后，加入足量CaCl₂溶液，充分反應(yīng)后過(guò)濾、洗滌、干燥，并稱量得到10.0g固體，則提純后碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%（保留兩位有效數(shù)字）．

Answer 1

分析 碳酸鈉中混有Mg²⁺、Fe²⁺、Cl^-和SO₄^2-等雜質(zhì)，在溶解時(shí)通入熱空氣可加快溶解速率、促進(jìn)Fe³⁺（Fe²⁺）的水解或氧化Fe²⁺，加入氫氧化鈉，過(guò)濾后所得濾渣為氫氧化鐵和氫氧化鎂，溶液中主要含有碳酸鈉，并含有少量的Cl^-和SO₄^2-，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶可得碳酸鈉晶體，灼燒后可得碳酸鈉．
（1）通入熱空氣，有利于氫氧化鐵的生成；
（2）使析出的晶體為Na₂CO₃•H₂O，防止因溫度過(guò)低而析出Na₂CO₃•10H₂0晶體或Na₂CO₃•7H₂0晶體，36℃是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，洗滌沉淀時(shí)注意加水沒(méi)過(guò)固體表面，使水自然流出，注意不能用冷水；
（3）可用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗(yàn)；
（4）Y為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，X為陽(yáng)極，生成氧氣；
（5）碳酸鈉樣品溶于水得溶液中加入氯化鈣生成碳酸鈣沉淀，根據(jù)碳酸鈣沉淀的質(zhì)量可以計(jì)算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而確定碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：碳酸鈉中混有Mg²⁺、Fe²⁺、Cl^-和SO₄^2-等雜質(zhì)，在溶解時(shí)通入熱空氣可加快溶解速率、促進(jìn)Fe³⁺（Fe²⁺）的水解或氧化Fe²⁺，加入氫氧化鈉，過(guò)濾后所得濾渣為氫氧化鐵和氫氧化鎂，溶液中主要含有碳酸鈉，并含有少量的Cl^-和SO₄^2-，經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶可得碳酸鈉晶體，灼燒后可得碳酸鈉．
（1）樣品中含有Fe²⁺，通入空氣可被氧化生成Fe³⁺，加熱條件下易水解生成氫氧化鐵沉淀而除去，加入氫氧化鈉溶液，可生成氫氧化鎂沉淀，反應(yīng)的離子方程式為Mg²⁺+2OH^-=Mg （OH） ₂↓，
故答案為：升溫加快溶解速率、除去鐵元素（或加熱促進(jìn)Fe³⁺（Fe²⁺）的水解或氧化Fe²⁺）；Mg²⁺+2OH^-=Mg （OH） ₂↓；
（2）“趁熱過(guò)濾”的原因是使析出的晶體為Na₂CO₃•H₂O，防止因溫度過(guò)低而析出Na₂CO₃•10H₂0晶體或Na₂CO₃•7H₂0晶體，所以溫度高于36℃，洗滌沉淀時(shí)，可向過(guò)濾器中加入36℃的熱水沒(méi)過(guò)固體表面，待水自然流干后，重復(fù)操作2～3次，
故答案為：不低于36℃；向過(guò)濾器中加入36℃的熱水沒(méi)過(guò)固體表面，待水自然流干后，重復(fù)操作2～3次；
（3）可用硝酸酸化的硝酸銀溶液檢驗(yàn)氯離子，因含有硫酸根離子，則應(yīng)先加入足量的硝酸鋇和硝酸溶液，除去硫酸根離子，然后再加入少量的硝酸銀檢驗(yàn)，
故答案為：足量的Ba（NO₃）₂和HNO₃溶液、少量的AgNO₃溶液；
（4）Y為陰極，發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣，電極方程式為2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-），
故答案為：2H⁺+2e^-=H₂↑（或2H₂O+2e^-=H₂↑+2OH^-）；
（5）碳酸鈉樣品溶于水得溶液中加入氯化鈣生成碳酸鈣沉淀的質(zhì)量為10.0g，所以樣品中碳酸鈉的質(zhì)量為$\frac{10}{100}×106$g=10.6g，則碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{10.6g}{10.8g}$×100%=98%，
故答案為：98%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查物質(zhì)的分離、提純、制備以及電解等知識(shí)，為高考常見(jiàn)題型，側(cè)重于學(xué)生的分析能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，注意把握�?shí)驗(yàn)的原理和方法，難度中等．