Question

某厂以工业粗盐（含Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质）为主要原料采用“侯氏制碱法”生产纯碱和化肥NH₄Cl，其工艺流程如图所示：

请回答下列问题：
（1）“除杂”步骤中需加入两种试剂，按加入顺序写出其名称

 

；
（2）反应“b”的化学反应方程式

 

；
（3）“过滤II”所得“溶液”中除NH₄⁺和Cl^-外，阴离子有

 

；对该溶液的系列操作包括

 

、

 

、过滤．
（4）工业纯碱的等级标准如图所示：

等级	优等品	一等品	合格品
Na2CO3含量	≥99.2	≥98.8	≥98.0

取10.00g某纯碱样品配成200mL溶液，取50.00mL溶液加入过量的CaCl₂溶液，充分反应后过滤，洗涤沉淀、干燥，称得沉淀质量为2.34g，请经过计算判断该纯碱样品的等级，并求出所配溶液中Na₂CO₃的物质的量浓度．

Answer 1

考点：纯碱工业（侯氏制碱法）

专题：元素及其化合物,化学应用

分析：（1）碳酸钠可以将钙离子以及过量的钡离子沉淀下来；除镁离子用氢氧化钠，除钙离子用碳酸钠，除硫酸根离子用氯化钡，所加试剂要过量，为了将多余的杂质除掉，碳酸钠必须放在氯化钡的后面；
（2）将NH₃和CO₂通入饱和食盐水中，生成NaHCO₃和NH₄Cl；
（3）向饱和食盐水中通入NH₃和CO₂后，所得悬浊液中含NaHCO₃、NH₄Cl和NaCl，据此分析经过滤II后所得溶液的成分；由溶液要得NH₄Cl，需经蒸发浓缩、冷却结晶和过滤等操作．
（4）设出50mL纯碱溶液中Na₂CO₃的物质的量，然后根据所得沉淀的量求出碳酸钠的物质的量，并利用C=

n

V

和ω=

m(碳酸钠)

m(样品)

×100%来计算．

解答： 解：（1）除Mg²⁺用OH^-，除SO₄^2-用Ba²⁺，除Ca²⁺用CO₃^2-，故除去Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质离子，所加的两种试剂为：氢氧化钡、碳酸钠溶液；加试剂要过量，Na₂CO₃可以将Ca²⁺以及过量的Ba²⁺沉淀下来，为了将多余的杂质除掉，碳酸钠必须放在氯化钡的后面；故答案为：氢氧化钡、碳酸钠溶液；
（2）将NH₃和CO₂通入饱和食盐水中，生成NaHCO₃和NH₄Cl，NaHCO₃的溶解度较小，以晶体的形式析出，化学方程式为：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，故答案为：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（3）向饱和食盐水中通入NH₃和CO₂后，所得悬浊液中含NaHCO₃、NH₄Cl和NaCl，经过滤II将大部分的NaHCO₃过滤得NaHCO₃晶体，所得溶液中的成分有NaHCO₃、NH₄Cl和NaCl，故溶液中除NH₄⁺和Cl^-外，阴离子有HCO₃^-；由溶液要得NH₄Cl，需经蒸发浓缩、冷却结晶和过滤等操作，故答案为：HCO₃^-；蒸发浓缩、冷却结晶；
（4）设50mL纯碱溶液中Na₂CO₃的物质的量为 xmol，由于沉淀CaCO₃质量为2.34g，则CaCO₃的物质的量n=

2.34

100

=0.0234mol，
Na₂CO₃ ～CaCO₃  
1            1
x           0.0234mol
则有：

1

X

=

1

0.0234mol

，
解得x=0.0234mol
则c（Na₂CO₃）=

0.0234mol

0.05L

=0.468mol?L-1，
ω（Na₂CO₃）=

0.0234× 200 50 ×106

10

=0.99216＞0.992，为优等品．
答：该纯碱样品的等级为优等品，所配溶液中Na₂CO₃的物质的量浓度为0.468mol/L．

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，题目难度中等．