Question

15．甲酸钠广泛用作催化剂、稳定合成剂、印染行业的还原剂，还可用于生产保险粉、草酸和甲酸．甲酸钠用电石炉废气（75%～90%CO，以及少量CO₂、H₂S、N₂、CH₄等）合成，其合成部分工艺流程如下：

（1）上述工艺用碱液洗涤的目的是除去其中的CO₂、H₂S等酸性气体，可能发生的反应有CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、H₂S+2NaOH=Na₂S+2H₂O（写两个化学方程式）．
（2）上述合成工艺中采用循环喷射吸收合成，其目的是使尾气中的CO被充分吸收；最后尾气主要成分是N₂、CH₄．
（3）甲酸钠高温时分解制取草酸钠（Na₂C₂O₄）的化学方程式为2HCOONa$\stackrel{高温}{→}$NaOOCCOONa+H₂↑．
（4）在甲酸钠、氢氧化钠混合溶液中通入二氧化硫气体．可得到重要的工业产品保险粉（Na₂S₂O₄），同时产生二氧化碳气体，该反应的离子方程式为HCOO^-+2SO₂+OH^-=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O．
（5）某厂测知合成塔中甲酸钠生产产率为40%，要制得溶质质量分数为5%的HCOONa溶液1吨，需要CO在标况下的体积为4.12×10⁴ L．

Answer 1

分析 电石炉废气（CO 75～90%，以及少量CO₂、H₂S、N₂、CH₄等）先除尘，然后用碱液洗涤，溶液中CO₂、H₂S反应生成盐，然后将气体通入合成塔，并加入NaOH溶液、加热至160-200℃、加压，最终得到HCOONa.2H₂O，最后剩余N₂和CH₄，将尾气排空，
（1）碱液具有碱性，能吸收酸性气体；
（2）反应物接触面积越大，反应越充分；最后排空的尾气主要成分是N₂和CH₄；
（3）甲酸钠高温时分解生成草酸钠和氢气；
（4）反应物是甲酸钠、NaOH和二氧化硫，生成物是Na₂S₂O₄和二氧化碳、水，根据反应物、生成物书写离子方程式；
（5）根据碳元素守恒及HCOONa的质量计算需要的CO体积；

解答 解：电石炉废气（CO 75～90%，以及少量CO₂、H₂S、N₂、CH₄等）先除尘，然后用碱液洗涤，溶液中CO₂、H₂S反应生成盐，然后将气体通入合成塔，并加入NaOH溶液、加热至160-200℃、加压，最终得到HCOONa.2H₂O，最后剩余N₂和CH₄，将尾气排空，
（1）碱液具有碱性，能吸收酸性气体，CO₂、H₂S都是酸性气体，被碱液吸收，发生的反应为CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、H₂S+2NaOH=Na₂S+2H₂O，
故答案为：除去其中的CO₂、H₂S等酸性气体；CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、H₂S+2NaOH=Na₂S+2H₂O；
（2）反应物接触面积越大，反应越充分，合成工艺中采用循环喷射吸收合成目的是增大反应物接触面积，使尾气中的CO被充分吸收；反应过程中N₂、CH₄不参加反应，所以最后排空的尾气主要成分是N₂和CH₄，
故答案为：使尾气中的CO被充分吸收；N₂、CH₄；
（3）甲酸钠高温时分解生成草酸钠和氢气，反应方程式为2HCOONa$\stackrel{高温}{→}$NaOOCCOONa+H₂↑，
故答案为：2HCOONa$\stackrel{高温}{→}$NaOOCCOONa+H₂↑；
（4）反应物是甲酸钠、NaOH和二氧化硫，生成物是Na₂S₂O₄和二氧化碳、水，离子反应方程式为HCOO^-+2SO₂+OH^-=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O，
故答案为：HCOO^-+2SO₂+OH^-=S₂O₄^2-+CO₂+H₂O；
（5）5%的HCOONa溶液1吨，含有HCOONa的物质的量为$\frac{1000000×5%}{68}$mol=735.3mol根据碳元素守恒可知，甲酸钠生产产率为40%，需要CO的物质的量为735.3mol÷40%=1838.3mol，CO的体积为1838.3mol×22.4L/mol=4.12×10⁴ L，
故答案为：4.12×10⁴ L．

点评 本题考查物质分离和提纯，为高频考点，侧重考查离子反应、基本实验操作、氧化还原反应等知识点，明确反应原理及操作基本方法是解本题关键，题目难度不大．