Công nghệ Solvay là phương pháp phổ biến nhất hiện nay để sản xuất NaHCO3 và Na2CO3 với hiệu suất cao. Trong giai đoạn sản xuất Na2CO3 từ NaHCO3, một sự cố kĩ thuật xảy ra khiến lò nung nhiệt bị ngắt quãng và NaHCO3 phân hủy không hết (NaHCO3 chiếm không quá 20% khối lượng hỗn hợp). Để tách hai muối này, một kĩ thuật viên đề nghị kết tinh phân đoạn. Một lượng mẫu nặng 40 gam được hòa tan thử nghiệm. Ban đầu lượng mẫu này được hoà tan trong 100 gam nước nóng, khuấy đều cho tan hết rồi hạ nhiệt độ xuống 20°C thấy tách ra 11,5 gam muối kết tinh sạch. Để kết tinh được lượng Na2CO3 lớn nhất (có giá trị là b gam) mà không lẫn tạp chất từ 40 gam mẫu này thì lượng nước tối thiểu cần dùng là a gam. Giá trị a + b là bao nhiêu? (Phép tính trung gian không làm tròn, chỉ làm tròn phép tính cuối cùng đến hàng phần mười).
Biết độ tan (gam chất tan/100g nước) của NaHCO3 và Na2CO3 ở 20°C lần lượt là 9,6 và 21,5.
Câu trả lời tốt nhất
Dễ thấy 11,5/40 = 28,75% > 20% nên 11,5 gam muối kết tinh là Na2CO3 (Muối kết tinh sạch nên chỉ chứa 1 muối khan).
—> mNa2CO3 còn lại trong dung dịch ở 20°C là 21,5 gam (do mH2O = 100 gam)
—> mNa2CO3 tổng = 11,5 + 21,5 = 33 gam
Vậy 40 gam mẫu nhiệt phân lỗi ban đầu có Na2CO3 (33 gam) và NaHCO3 (7 gam)
Để Na2CO3 kết tinh nhiều nhất ta phải dùng lượng nước ít nhất nhưng vẫn phải đủ lớn để NaHCO3 không kết tinh.
Ở 20°C, để hòa tan 7 gam NaHCO3 cần mH2O = a = 7.100/9,6 = 72,9167 gam
Lượng H2O này sẽ giữ lại 72,9167.21,5/100 = 15,6771 gam Na2CO3
—> b = 33 – 15,6771 = 17,3229 gam
—> a + b = 90,2