Question

8．我国化学家侯德榜创立了著名的“侯氏制碱法”，促进了世界制碱技术的发展．已知图l表示其工业流程，图2表示各物质的溶解度曲线．

回答下列问题：
（1）图中X的化学式为CO₂．
（2）沉淀池中发生反应的化学方程式为NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓，该反应先向饱和食盐水中通入
（填化学式）至饱和，再通入另一种气体，若顺序颠倒，后果是不能析出碳酸氢钠晶体．
（3）沉淀池的反应温度控制在30～35℃，原因是NaHCO₃溶解度小，低于30⁰C反应速率慢，高于35⁰C NaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶体析出．
（4）母液中加入Ca0后生成Y的化学方程式为CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O
（5）若在煅烧炉中反应的时间较短，NaHCO₃将分解不完全．欲测定某份煅烧了一段时间的样品的组成及原NaHC0₃的分解率，称取2.960g样品完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢滴加稀盐酸，并不断搅拌．溶液中有关离子的物质的量随盐酸加入的变化如图3所示，则曲线a、d对应的离子分别是Na⁺、CO₃^2-（填离子符号），该样品中Na₂CO₃的质量分数为71.62%，原NaHCO₃的分解率为80%．

Answer 1

分析 由流程可知，碳酸钙受热分解生成氧化钙和二氧化碳，氧化钙进入母液，二氧化碳通入沉淀池，与氨气、食盐水反应生成NH₄Cl、NaHCO₃，在沉淀池中过滤分离出碳酸氢钠，煅烧炉内碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水、二氧化碳，X为二氧化碳，可循环使用，母液中含氯化铵与氧化钙反应生成氨气，氨气为Y进行沉淀池继续进行循环利用．
（1）煅烧炉内分解的是碳酸氢钠，产物为CO₂和水，沉淀池中通入的气体X为CO₂；
（2）饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体，制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，所以应先通入氨气，氨气极易溶解于水，能形成较大浓度的溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氢铵，；
（3）根据题中所给信息“35℃NH₄HCO₃会有分解”分析解答，根据影响反应速率的因素分析，要控制恒温；
（4）母液中含有氯化铵，加入石灰乳后可以生成氨气；
（5）混合物是碳酸钠和碳酸氢钠，滴入盐酸发生反应CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-； HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；依据图象分析碳酸根离子减小，碳酸氢根离子增多；根据碳、钠守恒计算Na₂CO₃的质量分数以及原NaHCO₃的分解率．

解答 解：（1）沉淀池中，饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体，反应方程式为：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，煅烧炉内碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、CO₂和水，可将CO₂通入沉淀中循环利用，故X为CO₂，
故答案为：CO₂；
（2）氨气、二氧化碳、水和氯化钠发生反应生成碳酸氢钠和氯化铵，反应方程式为NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓，制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，所以应先通入氨气，氨气极易溶解于水，能形成较大浓度的溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氢铵，否则不能析出NaHCO₃晶体，
故答案为：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓；不能析出NaHCO₃晶体；
（3）根据题意“35℃NH₄HCO₃会有分解”，所以温度不能超过35℃；同时反应速度受温度影响，温度太低反应速率太慢，所以温度必须控制在一个合理范围内，使温度保持一个恒定，
故答案为：NaHCO₃溶解度小，低于30⁰C反应速率慢，高于35⁰C NaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶体析出；
（4）过滤后得到的母液中含有氯化铵，母液中加入石灰乳后，反应生成氨气，方程式为：CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O，
故答案为：CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（5）碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳、碳酸钠、水，反应为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，NaHCO₃分解不完全，混合物是碳酸钠和碳酸氢钠，取加热了的NaHCO₃样品2.96g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，发生反应 CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-； HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；溶液中有关离子的物质的量的变化为：碳酸根离子减小，碳酸氢根离子浓度增大，当碳酸根离子全部转化为碳酸氢根离子，再滴入盐酸和碳酸氢根离子反应生成二氧化碳，碳酸氢根离子减小，在此过程中，Na⁺不参与反应，浓度一直不变，故a曲线表示的是Na⁺浓度的变化，碳酸根离子减小，所以d曲线表示的是碳酸根离子浓度变化；碳酸根离子0.02mol；钠离子为0.05mol；样品中Na₂CO₃的物质的量为0.02mol，该样品中Na₂CO₃的质量分数为$\frac{0.02mol×84g/mol}{2.92g}$×100%≈71.62%，0.02mol的Na₂CO₃，分解的原NaHCO₃为0.04mol，钠离子为0.05mol，样品2.96g中含NaHCO₃为0.05mol，原NaHCO₃的分解率为$\frac{0.04mol}{0.05mol}$×100%=80%，
故答案为：Na⁺；CO₃^2-；71.62%；80%．

点评 本题考查了工业制纯碱的原理分析，生产过程中的物质变化，混合物成分的分析判断和计算应用，实验过程分析，图象定量分析判断，侧重分析与应用能力的考查，题目难度中等．