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。溶解過濾工序產生的濾液中含鈉、鉀和鋁的可溶性鹽類，鈣和硅等其他雜質在濾渣霞石泥中。部分物質的溶解度見右圖。

試回答下列問題：
（1）灼燒得到固體M的化學方程式是________________________________。
（2）X物質是___________，濾液W中主要含有的離子有____________。（寫三種）
（3）操作Ⅰ得到碳酸鈉晶體的操作為　　 、    、    、洗滌、干燥。
（4）碳酸化Ⅰ中發生主要反應的離子方程式是__________________________。
（5）碳酸化Ⅱ調整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，錯寫、多寫每個倒扣1分至0分）
（3）蒸發濃縮、冷卻結晶、過濾（3分，各1分）
（4）2AlO₂^? + CO₂ + 3H₂O ＝2Al（OH）₃↓+ CO₃^2?（3分，產物寫成HCO₃^—給0分）
（5）碳酸根轉化為碳酸氫根離子（1分），利于KHCO₃結晶析出（1分）

試題分析：（1）在高溫下礦石、石灰石、煤混合反應生成的X可以進行碳酸的酸化，實驗中X一定是CO₂氣體。溶解過濾工序產生的濾液中含鈉、鉀和鋁的可溶性鹽類，鈣和硅等其他雜質在濾渣霞石泥中，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）₃Al₂O₃+ 3H₂O。
（2）物質X是二氧化碳，濾液W可以循環使用，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^-。
（3）碳酸化Ⅰ的目的是制備氫氧化鋁，又因為溶液的pH=11，所以生成的是碳酸鹽，而不是碳酸氫鹽，即該反應的離子方程式應該是2AlO₂^-+CO₂+3H₂O→2Al（OH）₃↓+CO₃^2-，故答案為：2AlO₂^-+CO₂+3H₂O→2Al（OH）₃↓+CO₃^2-；
（4）操作Ⅰ的目的是制備碳酸鈉，根據物質的溶解度表可知，碳酸鈉的溶解度隨溫度的升高而增大，所以操作應該是蒸發濃縮，冷卻結晶，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調整pH＝8的目的是使碳酸根轉化為碳酸氫根離子，利于KHCO₃結晶析出。