Question

17．氨气是工农业生产中重要的产品，合成氨并综合利用的某些过程如图所示：

（1）原料气中的氢气来源于水和碳氢化合物．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$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$CO₂+4H₂或CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$CO+3H₂．
（2）在工业生产中，设备A的名称为沉淀池，A中发生的化学反应方程式是NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓．
（3）上述生产中向母液通入氨气同时加入NaCl，可促进副产品氯化铵的析出．长期使用氯化铵会造成土壤酸化，尿素适用于各种土壤，在土壤中尿素发生水解，其水解的化学方程式是CO（NH₂）₂+H₂O=2NH₃↑+CO₂↑．
（4）纯碱在生产生活中有广泛的应用，请写出任意两种用途：制玻璃、制皂、造纸、纺织、印染等．
（5）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中NaCl的质量分数．
样品m$→_{溶解}^{H_{2}O}$溶解$→_{过滤}^{过量BaCl_{2}溶液}$沉淀$→_{洗涤}^{H_{2}O}$$\stackrel{低温烘干、冷却、称量}{→}$固体n克
①检验沉淀是否洗涤干净的方法是往少量的最后一次洗涤所得滤液中加入稀H₂SO₄溶液（或AgNO₃溶液），若产生白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净，若无白色沉淀，则沉淀已洗涤干净．
②样品中NaCl的质量分数的数学表达式为（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%．

Answer 1

分析 （1）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，据此写出反应的化学方程式；
（2）依据反应原理推断设备A的名称以及书写化学反应方程式即可；
（3）依据反应中的生成物回答需要的原料，依据化学反应原理写出化学反应方程式；
（4）依据纯碱在生产生活的用途进行解答；
（5）①根据滤液中是否含有氯离子或钡离子判断沉淀是否洗涤干净；
②依据质量分数的表达式计算出样品中NaCl的质量分数．

解答 解：（1）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 $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$CO₂+4H₂或CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$CO+3H₂，
故答案为：CH₄+2H₂O $\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$CO₂+4H₂或CH₄+H₂O$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{高温}$CO+3H₂；
（2）在生产中，设备A中应生成目标产物纯碱，故A为沉淀池，发生的反应为：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，
故答案为：沉淀池；NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（3）副产物为氯化铵，需要引入氯离子，且目标产物为纯碱，故在通入氨气的同时，加入NaCl，尿素的水解生成氨气和二氧化碳，故反应为：CO（NH₂）₂+H₂O=2NH₃↑+CO₂↑，
故答案为：NaCl；CO（NH₂）₂+H₂O=2NH₃↑+CO₂↑；
（4）纯碱在日常生活中应用广泛，常用于制玻璃、制肥皂、造纸、纺织、印染等，
故答案为：制玻璃、制肥皂；
（5）①检验沉淀是否洗净的方法为：往少量的最后一次洗涤所得滤液中加入稀H₂SO₄溶液（或AgNO₃溶液），若产生白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净；若无白色沉淀，则沉淀已洗涤干净，
故答案为：往少量的最后一次洗涤所得滤液中加入稀H₂SO₄溶液（或AgNO₃溶液），若产生白色沉淀，则沉淀没有洗涤干净，若无白色沉淀，则沉淀已洗涤干净；
②生成ng固体为BaCO₃，其物质的量为：$\frac{ng}{197g/mol}$，则碳酸钠的质量为：$\frac{ng}{197g/mol}$×106g/mol=$\frac{106n}{197}$g，
故氯化钠的质量为（m-$\frac{106n}{197}$）g，则氯化钠的质量分数为：（$\frac{m-\frac{106n}{197}}{m}$）×100%=（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%，
故答案为：（1-$\frac{106n}{197m}$）×100%．

点评 本题考查了工业合成氨的原理，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．