Question

5．純堿是造紙、玻璃、紡織、制革等行業(yè)的重要原料．
（1）路布蘭法制備純堿：①食鹽與硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉；②將硫酸鈉、石灰石和足量煤混合，高溫下共熔制得碳酸鈉，反應(yīng)有硫化鈣和CO生成，第②步反應(yīng)中每得到1molLNa₂CO₃轉(zhuǎn)移電子的總物質(zhì)的量為8mol．
（2）索爾維法制純堿的主要工藝流程如下，石灰石用于制備CO₂和石灰乳．
①原鹽水中含少量Mg²⁺和Ca²⁺，結(jié)合生產(chǎn)實際，精制鹽水需要的試劑是Ca（OH）₂（或CaO）、Na₂CO₃（填化學式）．
②步驟Ⅱ保持在30～35℃進行，反應(yīng)的化學方程式為NH₃+H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl（或NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl）；該工藝中循環(huán)利用的物質(zhì)是NH₃、CO₂．
③索爾維法制純堿不需要用到的一種設(shè)備是B（填選項字母）．
A．石灰窯 B．沸騰爐 C．碳酸化塔 D．蒸氨塔 E．吸氨塔
④該工藝中沒有涉及的基本化學反應(yīng)類型是C（填選項字母）．
A．化合反應(yīng)  B．分解反應(yīng) C．置換反應(yīng)  D．復分解反應(yīng)
（3）我國科學家侯德榜將合成氨工業(yè)得到的NH₃與CO₂引入純堿的生產(chǎn)，向索爾維法制純堿工藝的“母液”中通入NH₃并加入食鹽固體，降溫結(jié)晶得到副產(chǎn)品NH₄Cl（填化學式），剩余母液返回“吸氨”步驟，大大提高了食鹽的利用率．
（4）純堿產(chǎn)品中可能含有碳酸氫鈉，用熱重分析的方法測定純堿中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)為ω（NaHCO₃）=$\frac{84（m1-m2）}{31m1}$（m₁是樣品質(zhì)量，m₂是樣品受熱分解后的質(zhì)量）．（列出算式，所需數(shù)據(jù)用字母表示，并說明各字母的含義）

Answer 1

分析 （1）將硫酸鈉、石灰石和足量煤混合，高溫下共熔制得碳酸鈉，反應(yīng)有硫化鈣生成，S元素發(fā)生還原反應(yīng)，C發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO，反應(yīng)方程式為：Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑，根據(jù)碳酸鈉和轉(zhuǎn)移電子之間的關(guān)系式計算轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量；
（2）石灰石煅燒發(fā)生的反應(yīng)方程式為CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，精鹽溶液中通入氨氣，氨氣和水反應(yīng)生成一水合氨，將CO₂通入氨鹽水中發(fā)生反應(yīng)NaCl+NH₄HCO₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，因為碳酸氫鈉溶解度小于碳酸氫銨，所以得到NaHCO₃沉淀，過濾得到NaHCO₃，向母液中加入Ca（OH）₂得到NH₃，將NaHCO₃分解得到Na₂CO₃和CO₂，反應(yīng)中CO₂和NH₃能重復利用； ①鎂離子用石灰乳或生石灰除去、鈣離子用碳酸根離子除去；
②碳酸氫鈉溶解度小于碳酸氫銨，所以氨氣、二氧化碳和水、NaCl反應(yīng)生成溶解度較小的NaHCO₃；
在流程圖中能參加反應(yīng)且能生成的物質(zhì)能循環(huán)利用；
③根據(jù)各設(shè)備的用途判斷；
 ④煅燒石灰石、加熱碳酸氫鈉都發(fā)生分解反應(yīng)，氨氣和水反應(yīng)為化合反應(yīng)，碳酸氫銨和氯化鈉 發(fā)生復分解反應(yīng)；
（3）加入氨氣和氯化鈉后還生成可溶性的銨鹽；
（4）稱量樣品的質(zhì)量，加熱分解完成，測定分解后樣品質(zhì)量，根據(jù)固體質(zhì)量差可以計算碳酸氫鈉的質(zhì)量，進而計算樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：（1）將硫酸鈉、石灰石和足量煤混合，高溫下共熔制得碳酸鈉，反應(yīng)有硫化鈣生成，S元素發(fā)生還原反應(yīng)，C發(fā)生氧化反應(yīng)生成CO，反應(yīng)方程式為：Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑，該反應(yīng)中C元素化合價由0價變?yōu)?2價、S元素化合價由+6價變?yōu)?2價，則轉(zhuǎn)移電子個數(shù)是8，即生成1mol碳酸鈉轉(zhuǎn)移8mol電子，
故答案為：8mol；
（2）石灰石煅燒發(fā)生的反應(yīng)方程式為CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaO+CO₂↑，精鹽溶液中通入氨氣，氨氣和水反應(yīng)生成一水合氨，將CO₂通入氨鹽水中發(fā)生反應(yīng)NaCl+NH₄HCO₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，因為碳酸氫鈉溶解度小于碳酸氫銨，所以得到NaHCO₃沉淀，過濾得到NaHCO₃，向母液中加入Ca（OH）₂得到NH₃，將NaHCO₃分解得到Na₂CO₃和CO₂，反應(yīng)中CO₂和NH₃能重復利用； 
①用石灰乳或生石灰與鎂離子溶液反應(yīng)生成氫氧化鎂沉淀而除去鎂離子，用碳酸鈉溶液和鈣離子反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀而除去鈣離子，
故答案為：Ca（OH）₂（或CaO）；Na₂CO₃；
②碳酸氫鈉溶解度小于碳酸氫銨，所以氨氣、二氧化碳和水、NaCl反應(yīng)生成溶解度較小的NaHCO₃，反應(yīng)方程式為NH₃+H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl（或NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl），在流程圖中能參加反應(yīng)且能生成的物質(zhì)能循環(huán)利用，能循環(huán)利用的物質(zhì)有CO₂和NH₃，故答案為：NH₃+H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl（或NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl）；CO₂和NH₃；
③石灰窯煅燒石灰石、碳酸化塔吸收二氧化碳、蒸氨塔蒸發(fā)母液得到氨氣、吸氨塔吸收氨氣，所以沒有用到的是沸騰爐，故選B；
 ④煅燒石灰石、加熱碳酸氫鈉都發(fā)生分解反應(yīng)，氨氣和水反應(yīng)為化合反應(yīng)，碳酸氫銨和氯化鈉 發(fā)生復分解反應(yīng)，所以沒有涉及的反應(yīng)是置換反應(yīng)，故選C；
（3）加入氨氣和氯化鈉后還生成可溶性的銨鹽，為NH₄Cl，故答案為：NH₄Cl；
（4）稱量樣品的質(zhì)量m₁，加熱分解完成，測定分解后樣品質(zhì)量m₂，根據(jù)固體質(zhì)量差可以計算碳酸氫鈉的質(zhì)量，進而計算樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)．
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O  固體質(zhì)量差
168                                                                                            62
m                                                                                       （m₁-m₂）
則m=$\frac{168（m1-m2）}{62}$，
故樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{\frac{168（m1-m2）}{62}}{m1}$=$\frac{84（m1-m2）}{31m1}$，
故答案為：$\frac{84（m1-m2）}{31m1}$（ m₁是樣品質(zhì)量，m₂是樣品受熱分解后的質(zhì)量）．

點評 本題以氯堿工業(yè)為載體考查物質(zhì)制備，為高頻考點，明確流程圖中發(fā)生的反應(yīng)、用到的裝置、物質(zhì)的性質(zhì)是解本題關(guān)鍵，注意：向食鹽水中通入氨氣和二氧化碳時應(yīng)該先通入氨氣后通入二氧化碳，因為氨氣溶解性大、二氧化碳溶解性小，為易錯點．本題考查化學與技術(shù)，關(guān)鍵是對原理的理解，涉及物質(zhì)的分離提純、物質(zhì)含量測定等，理解掌握中學常見化學工業(yè)，難度中等．