Question

1．碳酸鈉的用途很廣，可用做冶金、紡織、漂染等工業(yè)的某本原料．
Ⅰ．工業(yè)上最早射出碳酸鈉的方法是路布蘭（N．Leblanc）法．其流程如下：

（1）流程Ⅰ的另一種產(chǎn)物是HCl．
（2）流程Ⅱ的反應(yīng)分步進(jìn)行：a．Na₂SO₄+4C$\stackrel{1000℃}{=}$Na₂S+4CO↑；b．Na₂S與石灰石發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，該工程總反應(yīng)方程式為Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+4CO↑+CaS．
Ⅱ.1862年，比利時人索爾維（Emesl Solvay）用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，反應(yīng)原理如下：

20℃時一些物質(zhì)在水中的溶解度如下表：

物質(zhì)	NaCl	NH4Cl	NaHCO3	NH4HCO3	Na2CO3
s/g	35.9	37.2	9.6	21.7	21.5

（3）除水外，氨醎法生產(chǎn)純堿的原料還有石灰石、NH₃和食鹽，可循環(huán)利用的物質(zhì)由CO₂和NH₃．
（4）飽和NaCl溶液通NH₃和CO₂能S生成NaHCO₃的原因是反應(yīng)體系中NaHCO₃的溶解度最小．NH₃和CO₂應(yīng)先通入的是NH₃，原因是因為氨氣的溶解度遠(yuǎn)大于CO₂．
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．
（5）生產(chǎn)中向已分離出NaHCO₃晶體體后的溶液中加入適量NaCl固體并通入NH₃，可以析出NH₄Cl晶體．欲從溶液中充分分離該物質(zhì)而不析出其他晶體，溫度應(yīng)控制在0～10℃．

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；
（2）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；
（3）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；
（4）相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度明顯小于碳酸鈉；NH₃極易溶解于水且溶液顯堿性，先通入NH₃得到的堿性溶液可增加CO₂氣體的溶解度；
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；
（5）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，析出晶體氯化銨；可選擇在低溫下進(jìn)行，以防止析出其他晶體．

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，故答案為：HCl；
（2）a．Na₂SO₄+4C$\stackrel{1000℃}{=}$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$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$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+4CO↑+CaS，
故答案為：Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+4CO↑+CaS；
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；
（3）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，同時得到CO₂，另外副產(chǎn)品氯化銨晶體分解能生成氨氣，兩氣體均可循環(huán)利用，
故答案為：石灰石、NH₃和食鹽；CO₂和NH₃；
（4）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；CO₂在水中溶解度小，但極易溶解在堿性溶液中，而NH₃極易溶解于水且溶液顯堿性，則先通入NH₃得到的堿性溶液可增加CO₂氣體的溶解度；
故答案為：反應(yīng)體系中NaHCO₃的溶解度最��；NH₃；因為氨氣的溶解度遠(yuǎn)大于CO₂；
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；
（5）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，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：NH₄Cl晶體；0～10℃．

點評 本題探究三種不同情況制備純堿碳酸鈉的實驗原理，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，難點為反應(yīng)原理的分析．