Question

4．图l表示“侯氏制碱法”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NaCl+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl，该反应先向饱和食盐水中通入NH₃（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NaHCO₃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35⁰CNaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶体析出．
（4）母液中加入CaO后生成Y的化学方程式为CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O．
（5）氯碱工业是指电解饱和食盐水，这里的碱是指NaOH（填化学式），其另外两种气体产物可以用于工业上制取纯硅，流程如图3：

①整个制备过程必须严格控制无水无氧．SiHCl₃遇水剧烈反应，写出该反应的化学方程式SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+3HCl+H₂↑．
②假设每一轮次制备1mol纯硅，且生产过程中硅元素没有损失，反应I中HCl的利用率为90%，反应II中H₂的利用率为93.75%．则在第二轮次的生产中，补充投入HCl 和H₂的物质的量之比是5：1．

Answer 1

分析 侯氏制碱法制取纯碱反应原理可用下列化学方程式表示：NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O根据反应原理，饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳析出碳酸氢钠晶体，再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱．
（1）根据碳酸氢钠煅烧的产物考虑；
（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）电解饱和氯化钠溶液，能生成氢氧化钠、氯气和氢气；
①写出反应物和给出的生成物H₂SiO₃和HCl，用原子守恒法找出另一种生成物为H₂，并配平；
②反应生产1mol纯硅需补充HCl：$\frac{3}{90%}$-3，需补充H₂：$\frac{1}{93.95%}$-1．

解答 解：（1）碳酸氢钠煅烧生成碳酸钠、水、二氧化碳，所以X是二氧化碳（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）电解饱和氯化钠溶液的方程式为：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通电\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，碱是指NaOH，故答案为：NaOH；
①SiHCl₃遇水剧烈反应生成H₂SiO₃、HCl和氢气：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑，故答案为：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+3HCl↑+H₂↑；
②反应生产1mol纯硅需补充HCl：$\frac{3}{90%}$-3，需补充H₂：$\frac{1}{93.95%}$-1，补充HCl与H₂的物质的量之比为≈5：1，故答案为：5：1．

点评 本题主要考查了学生运用溶解度有关知识分析解决纯碱制取过程中有关问题．联合制碱法的原料、反应式以及副产物的回收利用，还考查硅及其化合物的性质，涉及化学方程式的书写、以及根据方程式的计算，计算是该题的难点．