题目内容

16.纯碱是重要的化工厂产品,可用来制玻璃,制皂,造纸,纺织,印染等.其合成及其他综合利用过程如下图所示:

(1)图中制取的原料气体是N2、H2.原料气中的一种气体源于碳氢化合物和水.请写出甲烷和水在催化剂和高温条件下反应的方程式:CH4+2H2O$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$CO2+4H2或CH4+H2O$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$CO+3H2
(2)工业生产中,设备A中发生的化学反应方程式是NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,母液中可提取的副产品是化学方程式是NH4Cl.
(3)尿素[CO(NH22]适用于各种土壤,在土壤中尿素发生水解,生成两种气体,其水解的化学方程式是CO(NH22+H2O=2NH3↑+CO2↑.
(4)纯碱的水溶液可用来洗涤油污,理由是CO32-+H2OHCO3-+OH-,溶液显碱性,促进油脂的水解(结合相关离子方程式解释).
(5)上述流程中,可循环使用的物质是N2、H2、CO2、NaHCO3
(6)图中所示工业制法获得的纯碱中常含有NaCl杂质,用下述方法可以测定样品NaCl的质量分数.样品W克$→_{溶液}^{H_{2}O}$溶液$→_{过滤}^{过量NaCl}$沉淀$→_{洗涤}^{H_{2}O}$$\stackrel{低温烘干,冷却,称量}{→}$固体m克样品中NaCl质量分数的表达式为(1-$\frac{106m}{197w}$)×100%.

分析 (1)合成氨的原料气是N2、H2;反应物为甲烷和水,条件是高温、催化剂,产物之一是氢气,甲烷完全燃烧产物是二氧化碳,不完全燃烧产物为一氧化碳,据此写出即可;
(2)依据反应原理推断设备A中的化学反应方程式,并得出副产物;
(3)依据尿素的化学式和题目所给的额信息结合化学反应原理写出化学反应方程式;
(4)纯碱是Na2CO3,是强碱弱酸盐,在溶液中水解显碱性,而油脂能在碱性条件下水解;
(5)根据流程图来分析;
(6)依据质量分数的计算方法,计算即可.

解答 解:(1)合成氨的原料气是N2、H2;依据题给的信息,甲烷与水在高温催化剂作用下生成二氧化碳(或一氧化碳)和氢气,故化学反应方程式为CH4+2H2O $\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$CO2+4H2或CH4+H2O$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$CO+3H2,故答案为:CH4+2H2O $\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$CO2+4H2或CH4+H2O$\frac{\underline{\;\;催化剂\;\;}}{高温高压}$CO+3H2
(2)在生产中,设备A中应生成目标产物纯碱,故发生的反应为:NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓,由于NaHCO3是想得到的产品,故NH4Cl是副产品,故答案为:NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓;NH4Cl;
(3)尿素的水解生成两种气体,结合尿素的元素组成,故生成的是氨气和二氧化碳,故反应为:CO(NH22+H2O=2NH3↑+CO2↑,故答案为:NaCl;CO(NH22+H2O=2NH3↑+CO2↑;
(4)纯碱是Na2CO3,是强碱弱酸盐,在溶液中水解显碱性:CO32-+H2OHCO3-+OH-,而油脂能在碱性条件下水解,故答案为:CO32-+H2OHCO3-+OH-,溶液显碱性,促进油脂的水解;
(5)根据流程图可知,由于合成氨的反应是可逆反应,不能进行彻底,故N2、H2可以循环利用,NaHCO3及分解产生的CO2也可以循环利用,故答案为:N2、H2、CO2、NaHCO3
(6)生成mg固体为BaCO3,其物质的量为:$\frac{mg}{197g/mol}$,则碳酸钠的质量为:$\frac{mg}{197g/mol}$×106g/mol=$\frac{106m}{197}$g,
故氯化钠的质量为(w-$\frac{106m}{197}$)g,则氯化钠的质量分数为:$\frac{w-\frac{106m}{197}}{w}$×100%=(1-$\frac{106m}{197w}$)×100%,
故答案为:(1-$\frac{106m}{197w}$)×100%.

点评 本题考查了纯碱的工业制法,题目难度较大,试题知识点较多、综合性较强,充分考查了学生的分析、理解能力及灵活应用基础知识的能力,明确合成原理为解答关键.

练习册系列答案
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7.海洋是一座巨大的化学资源宝库,海水中蕴含80多种元素.若把海水淡化和化工生产结合起来,既能解决淡水资源缺乏的问题,又能从海水中提取多种化工原料.某工厂对海水资源的综合利用工艺流程图如下:

(1)工业上粗盐的精制是为了除去粗盐中的Ca2+、Mg2+、SO42-及泥沙,可将粗盐溶于水.然后进行下列五项操作:①过滤;②加过量的NaOH溶液;③加适量的盐酸;④加过量的Na2CO3溶液;⑤加过量的BaCL2溶液.
正确的操作顺序是C.
    A.①④②⑤③B.④⑤②①③C.②⑤④①③D.⑤④①②③
(2)氯碱工业生产的Cl2通入石灰乳中制取漂白粉的化学方程式是2Ca(OH)2+2Cl2=Ca(ClO)2+CaCl2+2H2O,漂白粉久置空气中会变质,写出漂白粉与空气中水和二氧化碳反应的化学方程式Ca(ClO)2+CO2+H2O=CaCO3+2HClO.
(3)步骤Ⅰ中已获得Br2,步骤Ⅱ中又将Br2还原为Br-,其目的是富集溴元素.步骤Ⅱ用SO2水溶液吸收Br2,吸收率可达99%,由此反应可知,除环境保护外,在工业生产中还应解决的问题是强酸对设备的腐蚀.
(4)采用“空气吹出法”从浓海水吹出Br2,并用纯碱吸收,纯碱溶液吸收溴的主要反应是Br2+Na2CO3+H2O→NaBr+NaBrO3+NaHCO3(未配平),当吸收10molBr2时,转移电子的物质的量为$\frac{50}{3}$mol.
(5)在制取无水氯化镁时需要在干燥的HCl气流中加热MgCl2•6H2O的原因在干燥的HCl气流中,抑制了MgCl2水解,且带走MgCl2•6H2O受热产生的水汽,故能得到无水MgCl2,采用石墨做阳极,不锈钢做阴极电解熔融的氯化镁时,阳极的电极反应式2Cl--2e-=Cl2↑.
11.硫代硫酸钠是一种重要的化工产品.某兴趣小组拟制备硫代硫酸钠晶体(Na2S2O3•5H2O).
Ⅰ.【查阅资料】
①Na2S2O3•5H2O是无色透明晶体,易溶于水,其稀溶液与BaCl2溶液混合无沉淀生成.
②向Na2CO3和Na2S混合溶液中通入SO2可制得Na2S2O3,所得产品常含有少量Na2SO3和Na2SO4
③Na2SO3易被氧化;BaSO3难溶于水,可溶于稀盐酸.
Ⅱ.【实验装置】
如图所示(省略夹持装置):
Ⅲ.【实验步骤】
①如图示加入试剂.
②先向C中烧瓶加入Na2S和Na2CO3的混合溶液,再向A中烧瓶滴加浓H2SO4.C中发生反应:Na2CO3+2Na2S+4SO2→3Na2S2O3+CO2
③待Na2S和Na2CO3完全消耗后,结束反应.C中溶液经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、干燥得到Na2S2O3•5H2O的粗产品.
(1)加入试剂之前须进行的操作是检查装置的气密性;b瓶的名称是广口瓶,作用是作安全瓶,防止倒吸.
(2)A中不可用稀硫酸的原因为:生成的二氧化硫在稀硫酸中溶解性比较大,不易溢出.
(3)E中的试剂可以选用b(选填序号).
a.稀H2SO4b.NaOH溶液c.饱和NaHSO3溶液d.Na2CO3溶液
(4)为验证产品中含有Na2SO3和Na2SO4,该小组设计了以下实验方案:
取适量产品配成稀溶液,滴加足量BaCl2溶液,有白色沉淀生成,过滤,用蒸馏水洗涤沉淀,取沉淀,加入足量稀盐酸,当沉淀未完全溶解,并有刺激性气味的气体产生(填实验现象),则可确定产品中含有Na2SO3和Na2SO4
(5)为减少装置C中生成Na2SO4的量,在不改变原有装置的基础上对实验步骤②进行了改进,改进后的操作是先向A中烧瓶滴加浓硫酸,产生的气体将装置中的空气排尽后,再向C中烧瓶加入硫化钠和碳酸钠的混合溶液.
(6)所制得的粗产品可以通过重结晶方法进一步提纯得到纯Na2S2O3•5H2O.

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