Question

7．1943 年，爱国实业家侯德榜发明了“联合制碱法”，如图是联合制碱法的简单流程：

（1）纯碱固体是离子（填“离子”、“分子”或“原子”）晶体．组成该物质的元素原子的半径从大到小依次为Na＞C＞O．
（2）写出反应（1）的化学反应方程式CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（3）操作 X 的名称过滤．
（4）产品 A 的化学式是NH₄Cl，由溶液 B 得到产品 A，需要在溶液 B 中通入 NH₃、冷冻、加食盐，其中通入 NH₃的作用是增大NH₄⁺ 的浓度，使 NH₄Cl 更多地析出；使 NaHCO₃ 转化为溶解度更大的 Na₂CO₃，提高析出的 NH₄Cl；
（5）工业生产的纯碱常会含少量 NaCl 杂质．现用重量法测定其纯度，步骤如下：
①称取样品 a（g），加水溶解；
②加入足量的 BaCl₂溶液；
③过滤、洗涤、烘干、冷却、称量．
④恒重操作，最终得到固体 b（g）．
补全上述实验步骤；样品中纯碱的质量分数为$\frac{106b}{197a}$（用含 a、b 的代数式表示）．

Answer 1

分析 联合制碱法：以食盐、氨和二氧化碳为原料来制取纯碱，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，反应1：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，经过滤（操作 X ）、洗涤得NaHCO₃微小晶体（晶体A），再煅烧（反应2）制得纯碱产品，其滤液（溶液B）是含有氯化铵和氯化钠的溶液，从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体，由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，在低温条件下，向滤液中加入细粉状的氯化钠，并通入氨气，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品．
（1）离子晶体是阴阳离子以离子键结合形成的晶体；由分子构成的物质为分子晶体；由原子构成的物质且以共价键形成空间网状结构的物质为原子晶体；
（2）二氧化碳和水结合生成碳酸，氨气和水结合生成一水合氨，碳酸和一水合氨反应，钠离子和碳酸氢根离子结合生成碳酸氢钠沉淀；
（3）固液分离的方法为过滤；
（4）经过滤（操作 X ）、洗涤得NaHCO₃微小晶体（晶体A），其滤液（溶液B）是含有氯化铵和氯化钠的溶液，通入 NH₃，增大NH₄⁺ 的浓度，使 NH₄Cl 更多地析出，使 NaHCO₃ 转化为溶解度更大的Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl；
（5）通过称量沉淀碳酸钡的质量，根据原子守恒来计算样品中纯碱的质量分数，需洗涤沉淀，除去杂质离子，且需干燥，恒重，样品中纯碱的质量分数，根据碳守恒计算．

解答 解：（1）纯碱是碳酸钠的俗称，是由钠离子和碳酸根离子构成的盐，钠离子、碳酸根离子间存在离子键，属于离子晶体，原子电子层数越多，其原子半径越大，钠原子核外三层电子，碳、氧原子两层电子，所以原子的半径从大到小依次为：Na＞C、O，同一周期元素，原子半径随着原子序数增大而减小，所以C＞O，所以元素原子的半径从大到小依次为Na＞C＞O，
故答案为：离子；Na＞C＞O；
（2）以食盐、氨和二氧化碳为原料来制取纯碱，将氨通入饱和食盐水而成氨盐水，再通入二氧化碳生成碳酸氢钠沉淀，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，所以发生NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，即反应1：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案为：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（3）反应1：CO₂+H₂O+NaCl+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl，从溶液中分离出固体，采用过滤的方法，
故答案为：过滤；
（4）经过滤（操作 X ）、洗涤得NaHCO₃微小晶体（晶体A），从含有氯化铵和氯化钠的滤液中结晶沉淀出氯化铵晶体，由于氯化铵在常温下的溶解度比氯化钠要大，低温时的溶解度则比氯化钠小，在低温条件下，通入氨气，增大NH₄⁺ 的浓度，可以使氯化铵单独结晶沉淀析出，并向滤液中加入细粉状的氯化钠，使 NaHCO₃ 转化为溶解度更大的 Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl，经过滤、洗涤和干燥即得氯化铵产品，
故答案为：增大NH₄⁺ 的浓度，使NH₄Cl 更多地析出；使 NaHCO₃ 转化为溶解度更大的Na₂CO₃，提高析出的NH₄Cl；
（5）加入足量的 BaCl₂溶液：发生反应：Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl，Na₂CO₃～BaCO₃，根据原子守恒，通过称量沉淀碳酸钡的质量，来计算样品中纯碱的质量分数，需洗涤沉淀，除去杂质离子，且将沉淀冷却到室温，恒重操作后最终得到固体 b（g）为BaCO₃，根据碳守恒，纯碱的质量分数=$\frac{106b}{197a}$×100%，
故答案为：洗涤；冷却；恒重操作； $\frac{106b}{197a}$．

点评 本题考查了联合制碱法，明确碳酸钠、碳酸氢钠、氨气、氯化铵的性质，掌握工艺流程和反应原理是解题关键，题目难度中等．