Question

18．1942年侯德榜打破了國外制堿技術壟斷，發明的侯氏制堿法部分流程如圖
（1）從海水中提取NaCl，欲除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等雜質，需要加入過量的①NaOH、②HCl、③Na₂CO₃、④BaCl₂，這四種試劑必須最后加入的是②（填序號）．
（2）該生產流程中可以直接循環使用的物質是CO₂．
（3）反應I需要通入過量CO₂生成NaHCO₃，卻不通入適量CO₂直接制取Na₂CO₃，其原因可能是在該條件下，NaHCO₃的溶解度小于Na₂CO₃．上述煅燒反應的化學方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（4）某檢驗員稱取含有少量NaHCO₃的純堿樣品11.02g，加入到足量稀H₂SO₄中，待固體樣品完全反應后，測得生成的CO₂4.62g．求樣品中Na₂CO₃的質量分數．（寫出計算過程，結果保留一位小數）．

Answer 1

分析 （1）根據鎂離子用氫氧根離子沉淀，硫酸根離子用鋇離子沉淀，鈣離子用碳酸根離子沉淀，過濾要放在所有的沉淀操作之后，加碳酸鈉要放在加氯化鋇之后，可以將過量的鋇離子沉淀，最后再用鹽酸處理溶液中的碳酸根離子和氫氧根離子，進行分析解答；
（2）根據流程的原料和產物分析；
（3）根據物質的溶解度分析；碳酸氫鈉加熱生成碳酸鈉、水和二氧化碳；
（4）根據碳酸鈉與硫酸反應方程式和碳酸氫鈉與硫酸反應方程式，列關系式求解．

解答 解：（1）鎂離子用氫氧根離子沉淀，加入過量的氫氧化鈉可過量CO₂生成NaHCO₃，溶液以將鎂離子沉淀；硫酸根離子用鋇離子沉淀，加入過量的氯化鋇溶液可以將硫酸根離子沉淀；至于先除鎂離子，還是先除硫酸根離子都可以；鈣離子用碳酸根離子沉淀，除鈣離子加入過量的碳酸鈉溶液轉化為沉淀，但是加入碳酸鈉溶液要放在加入的氯化鋇溶液之后，這樣碳酸鈉會除去反應剩余的氯化鋇；完全反應后，再進行過濾，最后再加入鹽酸除去反應剩余的氫氧根離子和碳酸根離子；
（2）流程中二氧化碳可以直接循環使用；
（3）由于常溫下，NaHCO₃的溶解度小于Na₂CO₃，過量CO₂生成NaHCO₃更易于分離，碳酸氫鈉加熱生成碳酸鈉、水和二氧化碳，化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（4）設Na₂CO₃固體的質量為x，NaHCO₃固體的質量為y 
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                                          44
x                                             $\frac{44x}{106}$
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+2CO₂↑
168                                               88
y                                                  $\frac{88y}{168}$
可得：$\left\{\begin{array}{l}{\frac{44x}{106}+\frac{88y}{168}=4.62g}\\{x+y=11.02g}\end{array}\right.$
解得：x=10.6g，y=0.42g
樣品中Na₂CO₃的質量分數為：$\frac{10.6g}{11.02g}×100%$≈96.2%，
答：樣品中Na₂CO₃的質量分數為96.2%．
故答案為：（1）②；（2）CO₂；（3）在該條件下，NaHCO₃的溶解度小于Na₂CO₃；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（4）96.2%．

點評 本題充分考查利用課本知識解決新問題能力，能加深學生對課本知識的理解，訓練學生的思維能力、分析解決問題的能力，難度稍大．