Question

8．我國(guó)化學(xué)家侯德榜創(chuàng)立了著名的“侯氏制堿法”，促進(jìn)了世界制堿技術(shù)的發(fā)展．已知圖l表示其工業(yè)流程，圖2表示各物質(zhì)的溶解度曲線．

回答下列問(wèn)題：
（1）圖中X的化學(xué)式為CO₂．
（2）沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓，該反應(yīng)先向飽和食鹽水中通入
（填化學(xué)式）至飽和，再通入另一種氣體，若順序顛倒，后果是不能析出碳酸氫鈉晶體．
（3）沉淀池的反應(yīng)溫度控制在30～35℃，原因是NaHCO₃溶解度小，低于30⁰C反應(yīng)速率慢，高于35⁰C NaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶體析出．
（4）母液中加入Ca0后生成Y的化學(xué)方程式為CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O
（5）若在煅燒爐中反應(yīng)的時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全．欲測(cè)定某份煅燒了一段時(shí)間的樣品的組成及原NaHC0₃的分解率，稱(chēng)取2.960g樣品完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中緩慢滴加稀鹽酸，并不斷攪拌．溶液中有關(guān)離子的物質(zhì)的量隨鹽酸加入的變化如圖3所示，則曲線a、d對(duì)應(yīng)的離子分別是Na⁺、CO₃^2-（填離子符號(hào)），該樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為71.62%，原NaHCO₃的分解率為80%．

Answer 1

分析 由流程可知，碳酸鈣受熱分解生成氧化鈣和二氧化碳，氧化鈣進(jìn)入母液，二氧化碳通入沉淀池，與氨氣、食鹽水反應(yīng)生成NH₄Cl、NaHCO₃，在沉淀池中過(guò)濾分離出碳酸氫鈉，煅燒爐內(nèi)碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、水、二氧化碳，X為二氧化碳，可循環(huán)使用，母液中含氯化銨與氧化鈣反應(yīng)生成氨氣，氨氣為Y進(jìn)行沉淀池繼續(xù)進(jìn)行循環(huán)利用．
（1）煅燒爐內(nèi)分解的是碳酸氫鈉，產(chǎn)物為CO₂和水，沉淀池中通入的氣體X為CO₂；
（2）飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，制取碳酸氫鈉時(shí)先要得到含氨的飽和食鹽水，所以應(yīng)先通入氨氣，氨氣極易溶解于水，能形成較大濃度的溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氫銨，；
（3）根據(jù)題中所給信息“35℃NH₄HCO₃會(huì)有分解”分析解答，根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素分析，要控制恒溫；
（4）母液中含有氯化銨，加入石灰乳后可以生成氨氣；
（5）混合物是碳酸鈉和碳酸氫鈉，滴入鹽酸發(fā)生反應(yīng)CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-； HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；依據(jù)圖象分析碳酸根離子減小，碳酸氫根離子增多；根據(jù)碳、鈉守恒計(jì)算Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)以及原NaHCO₃的分解率．

解答 解：（1）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↓，煅燒爐內(nèi)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，
故答案為：CO₂；
（2）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，反應(yīng)方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓，制取碳酸氫鈉時(shí)先要得到含氨的飽和食鹽水，所以應(yīng)先通入氨氣，氨氣極易溶解于水，能形成較大濃度的溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氫銨，否則不能析出NaHCO₃晶體，
故答案為：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓；不能析出NaHCO₃晶體；
（3）根據(jù)題意“35℃NH₄HCO₃會(huì)有分解”，所以溫度不能超過(guò)35℃；同時(shí)反應(yīng)速度受溫度影響，溫度太低反應(yīng)速率太慢，所以溫度必須控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)，使溫度保持一個(gè)恒定，
故答案為：NaHCO₃溶解度小，低于30⁰C反應(yīng)速率慢，高于35⁰C NaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶體析出；
（4）過(guò)濾后得到的母液中含有氯化銨，母液中加入石灰乳后，反應(yīng)生成氨氣，方程式為：CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O，
故答案為：CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（5）碳酸氫鈉受熱分解生成二氧化碳、碳酸鈉、水，反應(yīng)為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，NaHCO₃分解不完全，混合物是碳酸鈉和碳酸氫鈉，取加熱了的NaHCO₃樣品2.96g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌．隨著鹽酸的加入，發(fā)生反應(yīng) CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-； HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；溶液中有關(guān)離子的物質(zhì)的量的變化為：碳酸根離子減小，碳酸氫根離子濃度增大，當(dāng)碳酸根離子全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，再滴入鹽酸和碳酸氫根離子反應(yīng)生成二氧化碳，碳酸氫根離子減小，在此過(guò)程中，Na⁺不參與反應(yīng)，濃度一直不變，故a曲線表示的是Na⁺濃度的變化，碳酸根離子減小，所以d曲線表示的是碳酸根離子濃度變化；碳酸根離子0.02mol；鈉離子為0.05mol；樣品中Na₂CO₃的物質(zhì)的量為0.02mol，該樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{0.02mol×84g/mol}{2.92g}$×100%≈71.62%，0.02mol的Na₂CO₃，分解的原NaHCO₃為0.04mol，鈉離子為0.05mol，樣品2.96g中含NaHCO₃為0.05mol，原NaHCO₃的分解率為$\frac{0.04mol}{0.05mol}$×100%=80%，
故答案為：Na⁺；CO₃^2-；71.62%；80%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了工業(yè)制純堿的原理分析，生產(chǎn)過(guò)程中的物質(zhì)變化，混合物成分的分析判斷和計(jì)算應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)過(guò)程分析，圖象定量分析判斷，側(cè)重分析與應(yīng)用能力的考查，題目難度中等．