Question

纯碱是主要的化工原料，化学家发明了其不同的工业制法，其中法国化学家尼古拉斯·勒布朗早在1791年发明的工业合成碳酸钠的方法，简称勒布朗制碱法。该方法包括以下两个阶段：首先从原料氯化钠与浓硫酸在高温下的反应得到中间产物硫酸钠，然后通过硫酸钠与木炭和碳酸钙的反应来得到碳酸钠。各步骤反应的化学方程式如下：
2NaCl＋H₂SO₄   Na₂SO₄＋2HCl↑
Na₂SO₄＋2C Na₂S＋2CO₂↑
Na₂S＋CaCO₃Na₂CO₃＋CaS
完成下列计算（计算过程保留3位有效数字）
（1）假设每一步反应物的量足够，反应完全，理论上每获得1kg纯度为80%的纯碱需要氯化钠的的质量是_________kg。
（2）步骤②碳单质过量时也同样可以反应获得Na₂S，此时所发生的反应的化学方程式是___________________________________。若其它条件不变，步骤②按此反应进行，每获得1kg纯度为80%的纯碱需要氯化钠的的质量是__________kg，此时消耗碳单质的量是原步骤②反应用碳量的____倍。
（3）通过定性分析，勒布朗制碱法获得的纯碱含有杂质CaCO₃和CaS，为了测定产品纯度，取10g样品与稀硝酸反应，硫元素全部转化成淡黄色固体，称量其质量为0.16g，另取10g样品与稀盐酸反应，得到气体（忽略气体在水中的溶解），折算为标况下，体积为2.162L，计算求出该产品中Na₂CO₃的纯度。
（4）若除氯化钠和碳单质的量外，其它反应物足量，反应充分， 如果加入amol氯化钠时，生成的Na₂CO₃为yg，电子转移数为zmol，讨论分析当氯化钠与碳的物质的量之比x的值不同时，用函数式表示y和z的值是多少。

x	y	z

 

Answer 1

（1）0.883（2分）
（2）Na₂SO₄+4C  Na₂S + 4CO↑, 0.883 , 2 (1分+1分+分)
（3）86.6% （5分）
（4）（每空1分）

x	y	z
x＞1	53a/x	4a/x
x≤1	53a	4a

 

试题分析：（1）根据Na元素守恒可得对应关系：2NaCl ~ Na₂CO₃，m(NaCl)=1kg×80%×117÷106=0.883kg。
（2）过量的C生成CO。配平可得化学方程式；Na元素守恒，需要的NaCl的质量不变，仍然是0.883kg；对比化学方程式，可知C的用量为原来的2倍。
（3）CaS的物质的量等于S，m(CaS)=0.16g÷32g/mol×72g/mol=0.36g，CaCO₃、Na₂CO₃的质量和=10g-0.36g=9.64g，CaCO₃、Na₂CO₃的物质的量和等于CO₂的物质的量，m(CaCO₃)="2.162L÷22.4L/mol" — 0.16g÷32g/mol =0.092mol，则m(Na₂CO₃)÷106g/mol +【9.64g—m(Na₂CO₃)】÷110g/mol=0.092mol，得m(Na₂CO₃)=8.86g，进而得Na₂CO₃的纯度为86.6%。
（4）x≤1，C足量，根据2NaCl ~ Na₂CO₃，m(Na₂CO₃)= a÷2×106=53a，只有反应②为氧化还原反应，S元素由+4价变为0价，所以转移电子物质的量为4a；x＞1时，C不足，应根据C的物质的量进行计算，n(C)= a/xmol，m(Na₂CO₃)= ax÷2×106=53a/x，转移电子物质的量为4a/x。