Question

工业上以粗食盐（含有少量Ca²⁺、Mg²⁺杂质）、氨、石灰石等为原料，可以制备Na₂CO₃．其过程如图1所示．

请回答：
（1）在处理粗盐水的过程中，可加入石灰乳和纯碱作为沉淀剂，则所得滤渣的成分除过量的沉淀剂外还有______．
（2）将CaO投入含有大量的NH₄Cl的母液中，能生成可循环使用的NH₃，该反应的化学方程式是______．
（3）向饱和食盐水中首先通入的气体是______，过程Ⅲ中生成NaHCO₃晶体的反应的化学方程式是______．
（4）碳酸钠晶体失水的能量变化示意图如图2：
Na₂CO₃?H₂O （s） 脱水反应的热化学方程式是______．
（5）产品纯碱中常含有NaCl．取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b g固体．则该产品中Na₂CO₃的质量分数是______．
（6）熔融Na₂CO₃可作甲烷--空气燃料电池的电解质，该电池负极的反应式是______．

Answer 1

解：（1）钙离子会与碳酸根离子生成沉淀，Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，镁离子会与氢氧根离子生成沉淀，Mg²⁺+2OH^-=Mg（OH）₂↓，
故答案为：CaCO₃、Mg（OH）₂；
（2）向分离出NaHCO₃晶体后的母液中加入过量生石灰，发生的反应有H₂O+CaO=Ca（OH）₂、Ca（OH）₂+2NH₄Cl=2NH₃↑+2H₂O+CaCl₂，最终产物为氯化钙、氨气，其中氨气可再利用；
故答案为：2NH₄Cl+CaO=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（3）因二氧化碳在水中的溶解度小，氨气极易溶于水，所以，向饱和食盐水中首先通入氨气体，碳酸氢钠的溶解度小，利用浓碳酸氢铵溶液与氯化钠固体发生复分解反应，
故答案为：NH₃；NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（4）根据碳酸钠晶体失水的能量变化示意图可知：Na₂CO₃?10H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+10H₂O（g）△H=+532.36 kJ?mol^-1
①，Na₂CO₃?10H₂O（s）=Na₂CO₃?H₂O（s）+9H₂O（g）△H=+473.63 kJ?mol^-1②，由①-②得Na₂CO₃?H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73 kJ?mol^-1，
故答案为：Na₂CO₃?H₂O（s）=Na₂CO₃（s）+H₂O（g）△H=+58.73 kJ?mol^-1；
（5）产品纯碱中常含有NaCl，取a g混合物与足量稀盐酸充分反应，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，得b g固体为NaCl，设碳酸钠的物质的量为X，根据方程式Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
1 2
X 2x
混合物质量：117x+a-106X=b，X=mol，该产品中Na₂CO₃的质量分数×100%，
故答案为：；
（6）甲烷--空气燃料电池，电池的电极反应式为：总反应为CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，熔融Na₂CO₃作甲烷--空气燃料电池的电解质，燃料在正极发生还原反应为O₂+4e^-+2CO₂=2CO₃^2-，负极上失电子发生氧化反应，甲烷燃烧能生成二氧化碳和水，所以负极电极反应式为：CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O，
故答案为：CH₄-8e^-+4CO₃^2-=5CO₂+2H₂O；
分析：（1）钙离子会与碳酸根离子生成沉淀，镁离子会与氢氧根离子生成沉淀；
（2）生石灰和水反应生成氢氧化钙，氢氧化钙和氯化铵反应生成氨气；
（3）食盐、氨气、水和二氧化碳发生化学反应，生成碳酸氢铵和氯化铵，据此书写化学方程式；
（4）根据碳酸钠晶体失水的能量变化示意图结合热效应解答；
（5）根据Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑进行计算；
（6）电池的电极反应式为：总反应为CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O，根据负极上发生反应的反应类型确定反应的物质及电极反应式；
点评：本题主要考查了碳酸钠的制备，解题须熟练掌握侯氏制碱法的原理、原电池的工作原理，题目较为综合，难度中等．