Question

9．碳酸鈉一種重要的化工原料．工業(yè)碳酸鈉純度約為 98%，其中含有 Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺、Cl^-和 SO₄^2-等雜質(zhì)，提純工藝線路如圖：

有關(guān)物質(zhì)的溶度積如表：

物質(zhì)	CaCO3	MgCO3	Ca（OH）2	Mg（OH）2	Fe（OH）3
Ksp	4.96×10-9	6.82×10-6	4.68×10-6	5.61×10-12	2.64×10-39

請回答下列問題：
（1）碳酸鈉是制造普通玻璃的主要原料，請寫出制造普通玻璃過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑．
（2）上述提純過程中加入NaOH溶液時，反應(yīng)的離子方程式為Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg（OH ）₂+CO₃^2-；當溶液的pH=8時，溶液中c（Mg ²⁺）：c（Fe³⁺）=2.125×10²¹．
（3）“母液”中除了含有 Na⁺、CO₃^2-離子外，還含有Cl^-、SO₄^2-等離子．
（4）有人從“綠色化學(xué)”角度設(shè)想將“母液”直接進行循環(huán)使用．請你分析實際工業(yè)生產(chǎn)中是否可行不可行（填“可行”或“不可行”）并說明理由若“母液”循環(huán)使用，則溶液中 c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物
Na₂ CO₃混有雜質(zhì)．
（5）試劑級碳酸鈉的檢驗標準為：純度≥99.5%，為了檢驗提純后的碳酸鈉是否達標，實驗室稱取1.06g樣品，溶于水配制成100mL溶液，量取20.00mL，滴入2滴甲基橙作為指示劑，用0.1000mol/L的標準鹽酸進行滴定，三次滴定后使用鹽酸的平均體積為39.84mL，請計算，該樣品碳酸鈉的純度為99.6%．

Answer 1

分析 （1）制造普通玻璃過程中，碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳；
（2）因工業(yè)碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀；
（3）除去g²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，濾液中除了含有 Na⁺、CO₃^2-離子外，還含有Cl^-、SO₄^2-；
（4）若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)；
（5）用鹽酸滴定碳酸鈉應(yīng)選用甲基橙作指示劑，滴定終點黃色變?yōu)槌壬�且半分鐘不褪色；根�?jù)關(guān)系式Na₂CO₃～2HCl，計算碳酸鈉的純度．

解答 解：（1）制造普通玻璃過程中，碳酸鈉與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鈉和二氧化碳，化學(xué)方程式為SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；
故答案為：SiO₂+Na₂CO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂SiO₃+CO₂↑；
（2）碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，濾渣的主要成分為Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃，發(fā)生的發(fā)應(yīng)有：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg （OH） ₂↓+CO₃^2-；根據(jù)氫氧化鎂和氫氧化鐵的溶解平衡以及溶度積表達式，則當兩種沉淀共存且溶液的pH=8時，c（Mg²⁺）=$\frac{Ksp}{{c}^{2}（O{H}^{-}）}$=$\frac{5.16×1{0}^{-12}}{（1{0}^{-6}）^{2}}$=5.61mol/L，c（Fe³⁺）=$\frac{2.64×1{0}^{-39}}{（{1{0}^{-6}）}^{3}}$=2.64×10^-21mol/L，
所以 c（Mg²⁺）：c（Fe³⁺）=5.61：2：.64×10^-21=2.215×10²¹，
故答案為：Fe³⁺+3OH^-=Fe（OH）₃↓，MgCO₃+2OH^-=Mg（OH ）₂↓+CO₃^2-； 2.215×10²¹；
（3）碳酸鈉中含有Mg²⁺，F(xiàn)e³⁺，Ca²⁺，所以“除雜”中加入過量的NaOH溶液，可生成Mg（OH）₂、Fe（OH）₃、CaCO₃沉淀，過濾后濾液中除了含有 Na⁺、CO₃^2-離子外，還含有Cl^-、SO₄^2-，
故答案為：Cl^-、SO₄^2-；
（4）若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)，這樣不符合該提純工藝，
故答案為：不可行；若“母液”循環(huán)使用，則溶液c（Cl^-）和c（SO₄^2-）增大，最后所得產(chǎn)物Na₂CO₃中混有雜質(zhì)；
（5）用鹽酸滴定碳酸鈉應(yīng)選用甲基橙作指示劑，滴定終點黃色變?yōu)槌壬�且半分鐘不褪色�?br />根據(jù)關(guān)系式Na₂CO₃～2HCl，
           1mol    2mol
            n      0.1000mol/L×0.03984L，n=0.001992mol，
則該樣品碳酸鈉的純度為$\frac{0.001992mol×106g/mol×5}{1.06g}$×100%=99.6%；
故答案為：甲基橙； 99.6%．

點評 本題考查了物質(zhì)的分離、提純及物質(zhì)的制取等知識，題目難度中等，本題是一道比較綜合的試題題，有利于考查學(xué)生分析和解決問題的能力．