Question

5．（1）應(yīng)用氨廠生產(chǎn)的氨氣，侯德榜設(shè)計了侯氏制堿法，其生產(chǎn)流程如下：

①工業(yè)合成氨時，通常采用以鐵為主的催化劑，在溫度為℃和壓強(qiáng)為400～500、10～30MPa的條件下合成．
②沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓．
③上述流程中可循環(huán)利用的物質(zhì)為NH₃、CO₂（填化學(xué)式），副產(chǎn)品為NH₄Cl（填化學(xué)式）．
④與氨堿法生產(chǎn)純堿比較，侯氏制堿法有什么優(yōu)點？綜合利用原料（氯化鈉的利用率提高到了96%）、降低成本、減少環(huán)境污染．
（2）實驗室制備純堿（Na₂CO₃）的主要步驟為：將飽和NaCl溶液倒入燒杯加熱，控制30-35℃，攪拌下分批加入研細(xì)的NH₄HCO₃固體，加料完畢，保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO₃晶體．用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)、抽干，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中灼燒得Na₂CO₃固體．
四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）表

溫度 鹽　　溶解度	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃	60℃	100℃
NaCl	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6	37.0	37.3	39.8
NH4HCO3	11.9	15.8	21.0	27.0	-	-	-	-
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7	14.5	16.4	-
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4	55.3	77.3

⑤反應(yīng)溫度需要控制在30-35℃，原因是溫度高于35℃時碳酸氫銨受熱分解劇烈，溫度低于30℃又減慢了化學(xué)反應(yīng)的速率；
為控制此溫度范圍，通常采取的加熱方法為水浴加熱．
⑥保溫30分鐘，靜置后只析出NaHCO3晶體的原因相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度�。�

Answer 1

分析 （1）將二氧化碳和氨氣、食鹽水加入沉淀池中，發(fā)生的反應(yīng)為NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，得到的沉淀在煅燒爐中發(fā)生反應(yīng)2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂，從而得到Na₂CO₃，煅燒過程中得到的X為CO₂要循環(huán)利用（循環(huán)II），母液中含有的氯化銨，循環(huán)Ⅰ是將未反應(yīng)的氯化鈉返回沉淀池中，銨根離子與堿作用得到的氨氣也能循環(huán)利用．
①氮氣和氫氣在催化劑作用下高溫高壓合成氨；在400～500℃時催化劑活性最大，工業(yè)上，常采用以鐵為主的催化劑，在400～500℃和10～30 MPa的條件下合成氨；
②飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，氨氣、二氧化碳、水和氯化鈉發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化銨；
③煅燒爐內(nèi)分解的是碳酸氫鈉，產(chǎn)物為CO₂和水，而沉淀池中需要通入的氣體為CO₂；母液中含有的氯化銨銨分解得到的氨氣也能循環(huán)利用；副產(chǎn)品為氯化銨；
④循環(huán)Ⅰ中的氯化鈉有又返回到沉淀池；
⑤水浴加熱是把要加熱的物質(zhì)放在水中，通過給水加熱達(dá)到給物質(zhì)加熱的效果，一般都是把要反應(yīng)的物質(zhì)放在試管中，再把試管放在裝有水的燒杯中，再在燒杯中插一根溫度計，可以控制反應(yīng)溫度，水浴加熱的優(yōu)點是避免了直接加熱造成的過度劇烈與溫度的不可控性，可以平穩(wěn)地加熱，許多反應(yīng)需要嚴(yán)格的溫度控制，就需要水浴加熱．水浴加熱的缺點是加熱溫度最高只能達(dá)到100度，碳酸氫銨在低于30℃時分解較少，高于40℃時劇烈分解碳酸氫銨受熱分解劇烈，用水浴加熱較好；
⑥根據(jù)圖表中碳酸氫鈉和碳酸氫銨的溶解度分析，相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度更小，在溶液中更易析出．

解答 解：（1）①工業(yè)上合成氨的生產(chǎn)中采用400～500℃的高溫，原因之一是考慮催化劑的活性，其二是為了提高反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間；采用10～30MPa的壓強(qiáng)，是為了保證較高的反應(yīng)速率和較高的產(chǎn)率以及設(shè)備的耐壓程度來考慮的，
故答案為：400～500；10～30；
②沉淀池中，飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，反應(yīng)方程式為：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，
故答案為：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
 ③碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、CO₂和水，可將CO₂通入沉淀中循環(huán)利用，故X為CO₂，母液中銨根離子與堿作用得到的氨氣也能循環(huán)利用，母液中含有的氯化銨為副產(chǎn)品，
故答案為：NH₃、CO₂；NH₄Cl；
④侯德榜主要是設(shè)計了上述流程中的循環(huán)I，循環(huán)Ⅰ是將未反應(yīng)的氯化鈉返回沉淀池中，循環(huán)使用，使原料氯化鈉的利用率從70%提高到96%以上，降低成本、減少環(huán)境污染，
故答案為：綜合利用原料（氯化鈉的利用率提高到了96%）、降低成本、減少環(huán)境污染；
（2）⑤碳酸氫銨在低于30℃時分解較少，高于40℃時劇烈分解碳酸氫銨受熱分解劇烈，溫度太低又減慢了化學(xué)反應(yīng)的速率，水浴加熱優(yōu)點是避免了直接加熱造成的過度劇烈與溫度的不可控性，可以平穩(wěn)地加熱，反應(yīng)將溫度需控制在30〜35℃，用水浴加熱較好，
故答案為：溫度高于35℃時碳酸氫銨受熱分解劇烈，溫度低于30℃又減慢了化學(xué)反應(yīng)的速率；水浴加熱；
⑥碳酸氫銨在20℃時溶解度為21g，碳酸氫鈉20℃時溶解度為9.6 g，30℃時為11.1 g，相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度更小，更易析出．
故答案為：相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度小．

點評 本題考查純堿工業(yè)，為高頻考點，把握制備工業(yè)流程、混合物分離提純?yōu)榻獯鸬年P(guān)鍵，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，注意物質(zhì)的循環(huán)使用，題目難度中等．