Question

10．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，反應有硫化鈣生成．第②步反應的化學方程式為Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CaS+4CO↑．
（2）
①原鹽水中含少量Mg²和Ca²，結合生產(chǎn)實際，精制鹽水需要的試劑時Ca（OH）₂（或CaO）、Na₂CO₃．（填化學式）
②步驟 II保持在30-35℃進行，反應的化學方程式為NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl，該反應能發(fā)生的原因是常溫下，NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四種物質中，NaHCO₃溶解度最小．該工藝中循環(huán)利用的物質是CO₂、NH₃．
③索爾維制純堿不需要用到的一種設備是D   （填正確答案標號）．
A．吸氨塔   B．蒸氨塔    C．碳酸化塔    D．沸騰爐   E．石灰窯
④該工藝中食鹽利用率大約只有70%，食鹽損失的主要原因是NaHCO₃未完全析出，母液中的Na隨廢液排出．我國科學家侯德榜將合成氨工業(yè)得到的NH₃和CO₂引入純堿的生產(chǎn)，向上述工藝的“母液”中通入NH₃并加入食鹽固體，降溫結晶得到副產(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．
（3）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量分數(shù)為ω（NaHCO₃）=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$（ m₁是樣品質量，m₂是樣品受熱分解后的質量）（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，反應有硫化鈣生成，S元素發(fā)生還原反應，C發(fā)生氧化反應生成CO；
（2）石灰水煅燒得到二氧化碳，食鹽水中通入氨氣，溶液呈堿性，有利于吸收二氧化碳，增大溶液中HCO₃^-，析出NaHCO₃晶體，過濾分離，母液中含有NH₄Cl，碳酸氫鈉加熱分解得到純堿，同時生成二氧化碳，向母液中加入石灰乳得到氨氣，二氧化碳、氨氣循環(huán)利用．
①用氫氧化鈣沉淀鎂離子，再用碳酸鈉沉淀鈣離子；
②NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四種物質中，NaHCO₃溶解度最小，析出中NaHCO₃晶體，同時生成氯化銨；該工藝中循環(huán)利用的物質是氨氣與二氧化碳；
③工藝流程中不需要沸騰爐，工業(yè)制備硫酸用到沸騰爐；
④NaHCO₃未完全析出，母液中的Na隨廢液排出等導致食鹽損失；
母液中含有氯化銨，通入NH₃并加入食鹽固體，有利于氯化銨析出，降溫結晶得到副產(chǎn)品為氯化銨；
（3）稱量樣品的質量，加熱分解完成，測定分解后樣品質量，根據(jù)固體質量差可以計算碳酸氫鈉的質量，進而計算樣品中碳酸氫鈉的質量分數(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，反應有硫化鈣生成，S元素發(fā)生還原反應，C發(fā)生氧化反應生成CO，反應方程式為：Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CaS+4CO↑，
故答案為：Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CaS+4CO↑；
（2）石灰水煅燒得到二氧化碳，食鹽水中通入氨氣，溶液呈堿性，有利于吸收二氧化碳，增大溶液中HCO₃^-，析出NaHCO₃晶體，過濾分離，母液中含有NH₄Cl，碳酸氫鈉加熱分解得到純堿，同時生成二氧化碳，向母液中加入石灰乳得到氨氣，二氧化碳、氨氣循環(huán)利用．
①精制鹽水需要，用氫氧化鈣沉淀鎂離子，再用碳酸鈉沉淀鈣離子，
故答案為：Ca（OH）₂（或CaO）；Na₂CO₃；
②NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四種物質中，NaHCO₃溶解度最小，析出中NaHCO₃晶體，同時生成氯化銨，反應方程式為：NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl，該工藝中循環(huán)利用的物質是氨氣與二氧化碳，
故答案為：NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl；常溫下，NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四種物質中，NaHCO₃溶解度最�。籆O₂、NH₃；
③工藝流程中不需要沸騰爐，工業(yè)制備硫酸用到沸騰爐，鹽水吸收氨氣用到吸氨塔，母液中得到氨氣用蒸氨塔，銨鹽水吸收二氧化碳用到碳酸化塔，石灰水煅燒需要石灰窯，
故答案為：D；
④該工藝中食鹽利用率大約只有70%，食鹽損失的主要原因是：NaHCO₃未完全析出，母液中的Na隨廢液排出；
母液中含有氯化銨，通入NH₃并加入食鹽固體，有利于氯化銨析出，降溫結晶得到副產(chǎn)品為氯化銨，
故答案為：NaHCO₃未完全析出，母液中的Na隨廢液排出； NH₄Cl；
（3）稱量樣品的質量m₁，加熱分解完成，測定分解后樣品質量m₂，根據(jù)固體質量差可以計算碳酸氫鈉的質量，進而計算樣品中碳酸氫鈉的質量分數(shù)．
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O  固體質量建設
168                          62
m                            （m₁-m₂）
則m=$\frac{168（{m}_{1}-{m}_{2}）}{62}$，
故樣品中碳酸氫鈉的質量分數(shù)為$\frac{\frac{168（{m}_{1}-{m}_{2}）}{62}}{{m}_{1}}$=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$，
故答案為：$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$（ m₁是樣品質量，m₂是樣品受熱分解后的質量）．

點評 本題考查化學與技術，關鍵是對原理的理解，涉及物質的分離提純、物質含量測定等，理解掌握中學常見化學工業(yè)，難度中等．