Question

用霞石巖（化學式為KNa₃[AlSiO₄]₄，主要成份Na₂O、K₂O、Al₂O₃、SiO₂）制碳酸鈉、碳酸鉀和氧化鋁的工藝流程如下：

已知：NaHCO₃溶液的pH約為8～9，Na₂CO₃溶液的pH約為11～12．溶解過濾流程產(chǎn)生的濾液中含鈉、鉀和鋁的可溶性鹽類，鈣和硅等其他雜質(zhì)在濾渣霞石泥中．部分物質(zhì)的溶解度見圖．試回答下列問題：
（1）霞石巖添加石灰石和煤，煤的作用是

 

（2）灼燒得到固體M的化學方程式是：

 

．
（3）X物質(zhì)是

 

（填化學式，下同），霞石泥的主要成分是

 

，濾液W中主要含有的離子有

 

（填三種）．
（4）操作Ⅰ得到碳酸鈉晶體的操作為

 

、

 

、

 

、洗滌、干燥．
（5）碳酸化Ⅰ中發(fā)生主要反應(yīng)的離子方程式是

 

．
（6）碳酸化Ⅱ調(diào)整pH=8的目的是

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：霞石巖加石灰石和煤粉碎煅燒碳酸鈣分解產(chǎn)生二氧化碳即X，再用水溶解，過濾除去在濾渣霞石泥中的鈣和硅等其他雜質(zhì)，所得溶液碳酸化調(diào)PH值到11使溶液中的鋁離子沉淀，所以過濾出的沉淀是氫氧化鋁，灼燒得到的固體M為氧化鋁，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，然后過濾、洗滌、干燥即得碳酸鈉晶體，再將溶液碳酸化到PH值為8，所得溶液為碳酸氫鉀，冷卻，過濾，灼燒分解最終得到碳酸鉀，以此分析解答．
（1）由于霞石巖加石灰石和煤粉碎煅燒，根據(jù)煅燒需要很高的溫度來分析；
（2）溶解過濾工序產(chǎn)生的濾液中含鈉、鉀和鋁的可溶性鹽類，鈣和硅等其他雜質(zhì)在濾渣霞石泥中，所以通入CO₂后一定生成氫氧化鋁沉淀，灼燒則得到氧化鋁，即M是氧化鋁，所以灼燒得到固體M的化學方程式是2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O．
（3）在高溫下礦石、石灰石、煤混合反應(yīng)生成的X可以進行碳酸的酸化，實驗中X一定是CO₂氣體；鈣和硅等其他雜質(zhì)在濾渣霞石泥中，所以霞石泥主要成分是硅酸鈣；濾液W可以循環(huán)使用，用來制備碳酸鈉和碳酸鉀，所以其中主要含有的離子有Na⁺、K⁺、HCO₃^-．
（4）操作Ⅰ的目的是制備碳酸鈉，根據(jù)物質(zhì)的溶解度表可知，碳酸鈉的溶解度隨溫度的升高而增大，所以操作應(yīng)該是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，然后過濾、洗滌、干燥即可．
（5）已知NaHCO₃溶液的pH約為8～9，Na₂CO₃溶液的pH約為11～12，所以碳酸化Ⅰ中的生成物是碳酸鹽，而不是碳酸氫鹽，因此反應(yīng)的離子方程式為2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（6）由于NaHCO₃溶液的pH約為8～9，Na₂CO₃溶液的pH約為11～12，而碳酸氫鉀灼燒生成碳酸鉀，所以碳酸化Ⅱ調(diào)整pH=8的目的是使碳酸根轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，利于KHCO₃結(jié)晶析出．

解答： 解：霞石巖加石灰石和煤粉碎煅燒碳酸鈣分解產(chǎn)生二氧化碳即X，再用水溶解，過濾除去在濾渣霞石泥中的鈣和硅等其他雜質(zhì)，所得溶液碳酸化調(diào)PH值到11使溶液中的鋁離子沉淀，所以過濾出的沉淀是氫氧化鋁，灼燒得到的固體M為氧化鋁，濾液經(jīng)過蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，然后過濾、洗滌、干燥即得碳酸鈉晶體，再將溶液碳酸化到PH值為8，所得溶液為碳酸氫鉀，冷卻，過濾，灼燒分解最終得到碳酸鉀；
（1）由于霞石巖加石灰石和煤粉碎煅燒，煅燒需要很高的溫度，所以煤的作用為：與氧氣反應(yīng)放熱，達到煅燒的溫度，故答案為：與氧氣反應(yīng)放熱，達到煅燒的溫度；
（2）溶解過濾工序產(chǎn)生的濾液中含鈉、鉀和鋁的可溶性鹽類，鈣和硅等其他雜質(zhì)在濾渣霞石泥中，所以通入CO₂后一定生成氫氧化鋁沉淀，灼燒則得到氧化鋁，即M是氧化鋁，所以灼燒得到固體M的化學方程式是2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O，故答案為：2Al（OH）₃

△   .

Al₂O₃+3H₂O．
（3）在高溫下礦石、石灰石、煤混合反應(yīng)生成的X可以進行碳酸的酸化，實驗中X一定是CO₂氣體；鈣和硅等其他雜質(zhì)在濾渣霞石泥中，所以霞石泥主要成分是硅酸鈣；濾液W可以循環(huán)使用，用來制備碳酸鈉和碳酸鉀，所以其中主要含有的離子有Na⁺、K⁺、HCO₃^-，故答案為：CO₂；CaSiO₃；Na⁺、K⁺、HCO₃^-；
（4）操作Ⅰ的目的是制備碳酸鈉，根據(jù)物質(zhì)的溶解度表可知，碳酸鈉的溶解度隨溫度的升高而增大，所以操作應(yīng)該是蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，然后過濾、洗滌、干燥，故答案為：蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾．
（5）已知NaHCO₃溶液的pH約為8～9，Na₂CO₃溶液的pH約為11～12，所以碳酸化Ⅰ中的生成物是碳酸鹽，而不是碳酸氫鹽，因此反應(yīng)的離子方程式為2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．故答案為：2AlO₂^-+CO₂+3H₂O=2Al（OH）₃↓+CO₃^2-．
（6）由于NaHCO₃溶液的pH約為8～9，Na₂CO₃溶液的pH約為11～12，而碳酸氫鉀灼燒生成碳酸鉀，所以碳酸化Ⅱ調(diào)整pH=8的目的是使碳酸根轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，利于KHCO₃結(jié)晶析出，故答案為：碳酸根轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，利于KHCO₃結(jié)晶析出．

點評：該題是高考中的常見題型，難度大，綜合性強，對學生的要求高．試題在注重對基礎(chǔ)知識鞏固和訓練的同時，側(cè)重對學生能力的培養(yǎng)和解題方法的指導與訓練，有利于培養(yǎng)學生規(guī)范嚴謹?shù)膶嶒炘O(shè)計能力以及評價能力．該類試題綜合性強，理論和實踐的聯(lián)系緊密，有的還提供一些新的信息，這就要求學生必須認真、細致的審題，聯(lián)系所學過的知識和技能，進行知識的類比、遷移、重組，全面細致的思考才能得出正確的結(jié)論．