Question

氟化钠是一种微溶于水的盐，实验室可通过图所示的流程以氟硅酸（H₂SiF₆）等物质为原料制取氟化钠，并得到副产品氯化铵；

已知：20℃时氯化铵的溶解度为37.2g，Na₂SiF₆微溶于水，请回答下列问题：
（1）上述流程中①②分别发生化学反应，写出相关的化学方程式：
①______；②______；
（2）请指出I-IV实验操作的名称；操作I______，操作II______，操作III______，操作IV______．
（3）操作II的具体过程是______．
（4）流程①中的NH₄HCO₃必须过量，其原因的是______．

Answer 1

解：（1）反应①为H₂SiF₆6与NH₄HCO₃反应，生成CO₂、硅酸、氟化铵、水，反应方程式为：H₂SiF₆+6NH₄HCO₃═6NH₄F+H₂SiO₃↓+6CO₂↑+3H₂O；
反应②是将第一步生成的NH₄F转化为NaF，反应方程式为：NH₄F+NaCl═NaF↓+NH₄Cl，
故答案为：H₂SiF₆+6NH₄HCO₃═6NH₄F+H₂SiO₃↓+6CO₂↑+3H₂O；NH₄F+NaCl═NaF↓+NH₄Cl；
（2）操作Ⅰ是把固体与液体分离操作，应是过滤操作；
操作II是将粗NaF洗涤除去其表面的杂质；
操作Ⅲ是将滤液中的溶质进一步提取，应加热蒸发溶剂，析出大量固体后冷却，应是结晶；
操作IV进行粗氯化铵提纯，应是重结晶，
故答案为：过滤；洗涤；结晶；重结晶；
（3）操作II是将粗NaF洗涤除去其表面的杂质，操作为：待母液全部滤出后，再向滤纸上加蒸馏水至恰好浸没晶体，静置让其滤出，重复操作2-3次，以除去晶体表面的杂质，
故答案为：待母液全部滤出后，再向滤纸上加蒸馏水至恰好浸没晶体，静置让其滤出，重复操作2-3次，以除去晶体表面的杂质；
（4）流程中NH₄HCO₃必须过量，是指第一步操作中必须保证H₂SiF₆能全部反应，防止生成Na₂SiF₆沉淀，防止在进行反应②H₂SiF₆将与NaCl反应，生成Na₂SiF₆沉淀，混入NaF中影响NaF质量，
故答案为：保证H₂SiF₆能全部反应，防止生成Na₂SiF₆沉淀，混入NaF中影响NaF质量．
分析：（1）根据已知反应物和生成物，结合工艺流程可知，反应①为H₂SiF₆与NH₄HCO₃反应，生成的无味气体为CO₂，过滤硅酸浑浊液，向滤液加入氯化钠，经过系列操作可得氟化钠、氯化铵，故滤液中含有氟化铵，故反应①为H₂SiF₆6与NH₄HCO₃反应，生成CO₂、硅酸、氟化铵，根据元素守恒还有水生成；
反应②加入的反应物为NaCl，NaF比NaCl的溶解性小，是将第一步生成的NH₄F转化为NaF；
（2）加入的反应物为NaCl，NaF比NaCl的溶解性小，利用了物质在溶液中溶解度越小则优先析出的特性．操作Ⅰ是把固体与液体分离操作，应是过滤操作；操作II是将粗NaF洗涤除去其表面的杂质；操作Ⅲ是将滤液中的溶质进一步提取，应加热蒸发溶剂，析出大量固体后冷却，应是结晶；操作IV进行粗氯化铵提纯，应是重结晶；
（3）操作II是将粗NaF洗涤除去其表面的杂质；
（4）由信息可知，Na₂SiF₆微溶于水，流程中NH₄HCO₃必须过量，是指第一步操作中必须保证H₂SiF₆能全部反应，以防止反应②生成Na₂SiF₆．
点评：本题主要考查了化学与工业生产的相关知识、阅读题目与工艺流程获取信息能力、物质的分离提纯、对实验操作的理解等，难度中等，理解工艺流程是解题关键，需要学生具备扎实的基础与综合运用信息分析问题、解决问题的能力．