Question

用霞石岩（化学式为 KNa₃[AlSiO₄]₄，主要成份Na₂O、K₂O、Al₂O₃、SiO₂）制碳酸钠、碳酸钾和氧化铝的工艺流程如下：

已知：NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12。溶解过滤工序产生的滤液中含钠、钾和铝的可溶性盐类，钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中。部分物质的溶解度见右图。

试回答下列问题：
（1）灼烧得到固体M的化学方程式是________________________________。
（2）X物质是___________，滤液W中主要含有的离子有____________。（写三种）
（3）操作Ⅰ得到碳酸钠晶体的操作为　　 、    、    、洗涤、干燥。
（4）碳酸化Ⅰ中发生主要反应的离子方程式是__________________________。
（5）碳酸化Ⅱ调整pH＝8的目的是_______________________________。

Answer 1

（1）2Al（OH）₃Al₂O₃+ 3H₂O （3分）
（2）CO₂或二氧化碳（2分）  　　Na⁺、K⁺、HCO₃^? （3分，各1分，错写、多写每个倒扣1分至0分）
（3）蒸发浓缩、冷却结晶、过滤（3分，各1分）
（4）2AlO₂^? + CO₂ + 3H₂O ＝2Al（OH）₃↓+ CO₃^2?（3分，产物写成HCO₃^—给0分）
（5）碳酸根转化为碳酸氢根离子（1分），利于KHCO₃结晶析出（1分）

试题分析：（1）在高温下矿石、石灰石、煤混合反应生成的X可以进行碳酸的酸化，实验中X一定是CO₂气体。溶解过滤工序产生的滤液中含钠、钾和铝的可溶性盐类，钙和硅等其他杂质在滤渣霞石泥中，所以通入CO₂后一定生成氢氧化铝沉淀，灼烧则得到氧化铝，即M是氧化铝，所以灼烧得到固体M的化学方程式是2Al（OH）₃Al₂O₃+ 3H₂O。
（2）物质X是二氧化碳，滤液W可以循环使用，用来制备碳酸钠和碳酸钾，所以其中主要含有的离子有Na⁺、K⁺、HCO₃^-。
（3）碳酸化Ⅰ的目的是制备氢氧化铝，又因为溶液的pH=11，所以生成的是碳酸盐，而不是碳酸氢盐，即该反应的离子方程式应该是2AlO₂^-+CO₂+3H₂O→2Al（OH）₃↓+CO₃^2-，故答案为：2AlO₂^-+CO₂+3H₂O→2Al（OH）₃↓+CO₃^2-；
（4）操作Ⅰ的目的是制备碳酸钠，根据物质的溶解度表可知，碳酸钠的溶解度随温度的升高而增大，所以操作应该是蒸发浓缩，冷却结晶，然后过滤、洗涤、干燥即可。
（5）已知NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12，所以碳酸化Ⅰ中的生成物是碳酸盐，而不是碳酸氢盐，因此反应的离子方程式为2AlO₂^? + CO₂ + 3H₂O ＝2Al（OH）₃↓+ CO₃^2?。
（6）由于NaHCO₃溶液的pH约为8～9，Na₂CO₃溶液的pH约为11～12，而碳酸氢钾灼烧生成碳酸钾，所以碳酸化Ⅱ调整pH＝8的目的是使碳酸根转化为碳酸氢根离子，利于KHCO₃结晶析出。