Question

17．碳酸鈉的用途很廣，可用做冶金、紡織、漂染等工業(yè)的基本原料．請(qǐng)根據(jù)題意回答下列問題：
Ⅰ．世界最早工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的方法是路布蘭（N．Leblanc）法．其流程如下：

（1）流程I的另一產(chǎn)物是HCl，流程Ⅱ的反應(yīng)分步進(jìn)行：a．Na₂SO₄+4C $\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$ Na₂S+4CO↑；
b．Na₂S與石灰石發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，總反應(yīng)方程式可表示為Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑．
Ⅱ．1862年，比利時(shí)人索爾維（Ernest Solvay）用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉．反應(yīng)原理如下：

20℃時(shí)一些物質(zhì)在水中的溶解度/g•（100gH₂O）^-1

NaCl	NH4Cl	NaHCO3	NH4HCO3	Na2CO3
35.9	37.2	9.6	21.7	21.5

（2）氨堿法生成純堿的原料是食鹽、石灰石、NH₃，可循環(huán)利用的物質(zhì)有CaO、CO₂、NH₄Cl、NH₃．
（3）飽和NaCl溶液通NH₃和CO₂能生成NaHCO₃的原因有：反應(yīng)體系中NaHCO₃溶解度最小，反應(yīng)消耗水，NaHCO₃相對(duì)分子質(zhì)量最大．
Ⅲ．我國化工專家侯德榜研究出聯(lián)合制堿法，其反應(yīng)原理和氨堿法類似，但將制氨和制堿聯(lián)合，提高了原料利用率．
（4）生產(chǎn)中需向分離出NaHCO₃后所得的溶液中加入NaCl固體并通入NH₃，在0～10℃（填溫度范圍）下析出NH₄Cl．（填化學(xué)式）

Answer 1

分析 Ⅰ．路布蘭法是利用食鹽晶體和濃硫酸在高溫下反應(yīng)生成硫酸鈉和氯化氫，再利用C與石灰石和硫酸鈉高溫加熱生成碳酸鈉；
（1）流程Ⅰ生成硫酸鈉，另一種產(chǎn)物可利用質(zhì)量守恒或原子守恒判斷；硫化鈉與石灰石發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂S+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS，將兩方程式相加即可得到總反應(yīng)式；
Ⅱ．索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，反應(yīng)原理為利用氨化飽和的NaCl與CO₂反應(yīng)得到NaHCO₃，將碳酸氫鈉分解即可得到純堿碳酸鈉；
（2）索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，原料CO₂來源于石灰石（CaCO₃）的分解，另需食鹽、氨氣及水；因碳酸氫鈉分解生成CO₂和純堿，氯化銨晶體分解生成氨氣；
（3）相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度明顯小于碳酸鈉；
Ⅲ．侯德榜研究出聯(lián)合制堿法為在飽和的氯化鈉溶液中直接通入氨氣和CO₂，得到氯化銨和碳酸氫鈉晶體，并利用碳酸氫鈉的分解制得純堿，
（4）侯氏制堿法結(jié)晶出碳碳酸氫鈉后的溶液中主要存在氯化銨，加入氯化鈉并通NH₃，可促進(jìn)NH₄Cl（s）?NH₄⁺（aq）+Cl^-（aq）溶解平衡逆向移動(dòng)，析出晶體氯化銨；可選擇在低溫下進(jìn)行，以防止析出其它晶體．

解答 解：Ⅰ．路布蘭法是利用食鹽晶體和濃硫酸在高溫下反應(yīng)生成硫酸鈉和氯化氫，再利用C與石灰石和硫酸鈉高溫加熱生成碳酸鈉；
（1）流程Ⅰ利用高沸點(diǎn)酸制揮發(fā)性酸原理，氯化鈉與濃硫酸混合加熱，生成硫酸鈉和氯化氫；a．Na₂SO₄+4C$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑；b．Na₂S與石灰石發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂S+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS，將兩方程式相加即可得到總反應(yīng)式 Na₂SO₄+4C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑，
故答案為：HCl； Na₂SO₄+4C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑；
Ⅱ．索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，反應(yīng)原理為利用氨化飽和的NaCl與CO₂反應(yīng)得到NaHCO₃，將碳酸氫鈉分解即可得到純堿碳酸鈉；
（2）索爾維用食鹽、水、氨氣和CO₂反應(yīng)制備碳酸氫鈉，其中可利用石灰石（CaCO₃）分解得到CO₂；碳酸氫鈉分解純堿，同時(shí)得到CO₂，另外副產(chǎn)品氯化銨晶體分解能生成氨氣，兩種氣體均可循環(huán)利用，根據(jù)轉(zhuǎn)化線路石灰石（CaCO₃）分解得到氧化鈣和CO₂，生成的氯化銨可以與氫氧化鈣反應(yīng)，CaO、NH₄Cl也可循環(huán)使用，
故答案為：食鹽、石灰石、CaO、CO₂、NH₄Cl、NH₃；
（3）因相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度明顯小于碳酸鈉，則飽和NaCl溶液通NH₃和CO₂只能生成NaHCO₃；同時(shí)反應(yīng)消耗水，利于析出晶體碳酸氫鈉，
故答案為：反應(yīng)體系中NaHCO₃溶解度最小，反應(yīng)消耗水，NaHCO₃相對(duì)分子質(zhì)量最大；
Ⅲ．侯德榜研究出聯(lián)合制堿法為在飽和的氯化鈉溶液中直接通入氨氣和CO₂，得到氯化銨和碳酸氫鈉晶體，并利用碳酸氫鈉的分解制得純堿；
（4）在含有氯化銨的濾液中，加入氯化鈉并通NH₃，可提高溶液中Cl^-和NH₄⁺的濃度，促進(jìn)NH₄Cl（s）?NH₄⁺（aq）+Cl^-（aq）溶解平衡逆向移動(dòng)，析出晶體氯化銨；因NH₄Cl低溫下溶解度比較小，低溫更易NH₄Cl晶體析出，并以防止析出其他晶體，
故答案為：0～10℃；NH₄Cl．

點(diǎn)評(píng) 本題探究三種不同情況制備純堿碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)原理，涉及反應(yīng)原理、溶解度及混合物的分離操作，屬基礎(chǔ)性考查，難度適中，難點(diǎn)為反應(yīng)原理的分析．