Question

14．氯碱工业过程中产生了大量的盐泥．某氯碱工厂的盐泥组成如表：

成分	NaCl	Mg（OH）2	CaCO3	BaSO4	SiO2等不溶于酸的物质
质量分数（%）	15～20	15～20	5～10	30～40	10～15

该工厂进一步利用盐泥生产了七水硫酸镁，设计了工艺流程如图1：
回答下列问题：
（1）反应器中加入酸溶解，反应液控制pH为5左右，反应温度在50℃左右，写出有关化学反应方程式Mg（OH）₂+H₂SO₄═MgSO₄+2H₂O；CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）在滤饼中检测到硫酸钙的成分，其原因是因为CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂CO₃，加热有H₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑，降低c（H₂CO₃），所以平衡不断向右移动，最终CaCO₃生成了CaSO₄．
（3）已知一些盐的溶解度如图2．在滤液I中通入高温水蒸气进行蒸发结晶，为了析出晶体I，应控制温度在80℃．
（4）步骤II操作是冷却结晶、洗涤，
（5）步骤III在工业上常用的设备是D（填字母）．
A．加压干燥器B．蒸馏塔C．离心机D．真空干燥器
（6）准确称取制备产品ag，将其加入到盛有V₁mL c₁mol/L的NaOH溶液的锥形瓶中，溶解后，加入酚酞溶液2滴，溶液变红色，再用c₂mol/L的盐酸进行滴定，消耗盐酸V₂mL，则样品MgSO₄•7H₂O的质量分数是$\frac{12.3（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）}{a}$%．

Answer 1

分析 盐泥中含有NaCl、Mg（OH）₂、CaCO₃、BaSO₄、SiO₂等，加入酸溶解NaCl、Mg（OH）₂、CaCO₃溶于硫酸生成硫酸钙和硫酸镁，过滤后得滤饼为BaSO₄、SiO₂，在母液中通蒸汽进行蒸发浓缩，使部分氯化钠析出，过滤后将滤液冷却结晶使硫酸镁晶体析出，再经过滤、洗涤、干燥可得MgSO₄•7H₂O，
（1）反应器中加入酸溶解，Mg（OH）₂、CaCO₃溶于硫酸生成硫酸钙和硫酸镁；
（2）CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂CO₃，加热有H₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑，降低c（H₂CO₃），所以平衡不断向右移动，最终CaCO₃生成了CaSO₄，所以在滤饼中检测到硫酸钙的成分；
（3）在滤液I中通入高温水蒸气进行蒸发结晶，主要目的是使氯化钠能析出但硫酸镁不能析出，据此判断控制的温度；
（4）步骤II的目的是从硫酸镁溶液中获得硫酸镁晶体，由于硫酸镁晶体带有结晶水，且根据硫酸镁的溶解度受温度影响的情况可知，要用冷却结晶的方法获得；
（5）步骤III是潮湿的晶体得到七水硫酸镁晶体，可以用真空干燥器；
（6）结合MgSO₄•7H₂O～Mg（OH）₂～2NaOH计算．

解答 解：（1）反应器中加入酸溶解，反应液控制pH为5左右，反应温度在50℃左右，Mg（OH）₂、CaCO₃溶于硫酸生成硫酸钙和硫酸镁，反应的化学方程式为：
Mg（OH）₂+H₂SO₄═MgSO₄+2H₂O；CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂O+CO₂↑，
故答案为：Mg（OH）₂+H₂SO₄═MgSO₄+2H₂O；CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）在滤饼中检测到硫酸钙的成分是因为CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂CO₃，加热有H₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑，降低c（H₂CO₃），所以平衡不断向右移动，最终CaCO₃生成了CaSO₄，
故答案为：因为CaCO₃+H₂SO₄?CaSO₄+H₂CO₃，加热有H₂CO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$H₂O+CO₂↑，降低c（H₂CO₃），所以平衡不断向右移动，最终CaCO₃生成了CaSO₄；
（3）在滤液I中通入高温水蒸气进行蒸发结晶，主要目的是使氯化钠能析出但硫酸镁不能析出，图象中溶解度分析可知选择80°C硫酸镁溶解度最大，
故答案为：80；
（4）步骤II的目的是从硫酸镁溶液中获得硫酸镁晶体，由于硫酸镁晶体带有结晶水，且根据硫酸镁的溶解度受温度影响的情况可知，要用冷却结晶的方法获得晶体，步骤II操作是冷却结晶、洗涤，得到潮湿的晶体，
故答案为：冷却结晶、洗涤；
（5）步骤III是潮湿的晶体得到七水硫酸镁晶体，可以用真空干燥器，真空干燥MgSO₄•7H₂O晶体防止失去结晶水，
故答案为：D；
（6）准确称取制备产品ag，将其加入到盛有V₁mL c₁mol/L的NaOH溶液的锥形瓶中，溶解后，加入酚酞溶液2滴，溶液变红色，再用c₂mol/L的盐酸进行滴定，消耗盐酸V₂mL，则
MgSO₄•7H₂O～Mg（OH）₂～2NaOH，
1                                          2
n                                     （V₁mL×c₁mol/L-V₂mL×c₂mol/L）×10^-3L/ml
n=0.5×（V₁mL×c₁mol/L-V₂mL×c₂mol/L）×10^-3L/ml=5×10^-4×（c₁V₁-c₂V₂）mol
MgSO₄•7H₂O的质量分数=$\frac{5×1{0}^{-4}（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）mol×246g/mol}{ag}$×100%=$\frac{12.3（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）}{a}$%．

 故答案为：$\frac{12.3（{c}_{1}{V}_{1}-{c}_{2}{V}_{2}）}{a}$%．

点评 本题考查物质的分离提纯，题目难度不大，根据除杂是不能引入新的杂质、不能影响被提纯的物质的性质和量，并且操作简单可行，除杂时要结合物质的物理性质和化学性质进行分离．