Question

10．纯碱是造纸、玻璃、纺织、制革等行业的重要原料．
（1）路布兰法制备纯碱：①食盐与硫酸反应生成硫酸钠；②将硫酸钠、石灰石和足量煤混合，高温下共熔制得碳酸钠，反应有硫化钙生成．第②步反应的化学方程式为Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CaS+4CO↑．
（2）
①原盐水中含少量Mg²和Ca²，结合生产实际，精制盐水需要的试剂时Ca（OH）₂（或CaO）、Na₂CO₃．（填化学式）
②步骤 II保持在30-35℃进行，反应的化学方程式为NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl，该反应能发生的原因是常温下，NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四种物质中，NaHCO₃溶解度最小．该工艺中循环利用的物质是CO₂、NH₃．
③索尔维制纯碱不需要用到的一种设备是D   （填正确答案标号）．
A．吸氨塔   B．蒸氨塔    C．碳酸化塔    D．沸腾炉   E．石灰窑
④该工艺中食盐利用率大约只有70%，食盐损失的主要原因是NaHCO₃未完全析出，母液中的Na随废液排出．我国科学家侯德榜将合成氨工业得到的NH₃和CO₂引入纯碱的生产，向上述工艺的“母液”中通入NH₃并加入食盐固体，降温结晶得到副产品NH₄Cl（填化学式），剩余母液返回“吸氨”步骤，大大提高了食盐的利用率．
（3）纯碱产品中可能含有碳酸氢钠．用热重分析的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数为ω（NaHCO₃）=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$（ m₁是样品质量，m₂是样品受热分解后的质量）（列出算式，所需数据用字母表示，并说明各字母的含义）．

Answer 1

分析 （1）将硫酸钠、石灰石和足量煤混合，高温下共熔制得碳酸钠，反应有硫化钙生成，S元素发生还原反应，C发生氧化反应生成CO；
（2）石灰水煅烧得到二氧化碳，食盐水中通入氨气，溶液呈碱性，有利于吸收二氧化碳，增大溶液中HCO₃^-，析出NaHCO₃晶体，过滤分离，母液中含有NH₄Cl，碳酸氢钠加热分解得到纯碱，同时生成二氧化碳，向母液中加入石灰乳得到氨气，二氧化碳、氨气循环利用．
①用氢氧化钙沉淀镁离子，再用碳酸钠沉淀钙离子；
②NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四种物质中，NaHCO₃溶解度最小，析出中NaHCO₃晶体，同时生成氯化铵；该工艺中循环利用的物质是氨气与二氧化碳；
③工艺流程中不需要沸腾炉，工业制备硫酸用到沸腾炉；
④NaHCO₃未完全析出，母液中的Na随废液排出等导致食盐损失；
母液中含有氯化铵，通入NH₃并加入食盐固体，有利于氯化铵析出，降温结晶得到副产品为氯化铵；
（3）称量样品的质量，加热分解完成，测定分解后样品质量，根据固体质量差可以计算碳酸氢钠的质量，进而计算样品中碳酸氢钠的质量分数．

解答 解：（1）将硫酸钠、石灰石和足量煤混合，高温下共熔制得碳酸钠，反应有硫化钙生成，S元素发生还原反应，C发生氧化反应生成CO，反应方程式为：Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CaS+4CO↑，
故答案为：Na₂SO₄+CaCO₃+4C $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CaS+4CO↑；
（2）石灰水煅烧得到二氧化碳，食盐水中通入氨气，溶液呈碱性，有利于吸收二氧化碳，增大溶液中HCO₃^-，析出NaHCO₃晶体，过滤分离，母液中含有NH₄Cl，碳酸氢钠加热分解得到纯碱，同时生成二氧化碳，向母液中加入石灰乳得到氨气，二氧化碳、氨气循环利用．
①精制盐水需要，用氢氧化钙沉淀镁离子，再用碳酸钠沉淀钙离子，
故答案为：Ca（OH）₂（或CaO）；Na₂CO₃；
②NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四种物质中，NaHCO₃溶解度最小，析出中NaHCO₃晶体，同时生成氯化铵，反应方程式为：NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl，该工艺中循环利用的物质是氨气与二氧化碳，
故答案为：NH₃•H₂O+NaCl+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl；常温下，NaHCO₃、NH₄Cl、NH₄HCO₃、NaCl四种物质中，NaHCO₃溶解度最小；CO₂、NH₃；
③工艺流程中不需要沸腾炉，工业制备硫酸用到沸腾炉，盐水吸收氨气用到吸氨塔，母液中得到氨气用蒸氨塔，铵盐水吸收二氧化碳用到碳酸化塔，石灰水煅烧需要石灰窑，
故答案为：D；
④该工艺中食盐利用率大约只有70%，食盐损失的主要原因是：NaHCO₃未完全析出，母液中的Na随废液排出；
母液中含有氯化铵，通入NH₃并加入食盐固体，有利于氯化铵析出，降温结晶得到副产品为氯化铵，
故答案为：NaHCO₃未完全析出，母液中的Na随废液排出； NH₄Cl；
（3）称量样品的质量m₁，加热分解完成，测定分解后样品质量m₂，根据固体质量差可以计算碳酸氢钠的质量，进而计算样品中碳酸氢钠的质量分数．
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O  固体质量建设
168                          62
m                            （m₁-m₂）
则m=$\frac{168（{m}_{1}-{m}_{2}）}{62}$，
故样品中碳酸氢钠的质量分数为$\frac{\frac{168（{m}_{1}-{m}_{2}）}{62}}{{m}_{1}}$=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$，
故答案为：$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$（ m₁是样品质量，m₂是样品受热分解后的质量）．

点评 本题考查化学与技术，关键是对原理的理解，涉及物质的分离提纯、物质含量测定等，理解掌握中学常见化学工业，难度中等．