Question

16．工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法生产纯碱．请回答下列问题：
（1）卢布兰芳是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在高温下进行煅烧，再浸取，结晶而制得纯碱．
①食盐和浓硫酸反应的化学方程式为Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂；
②硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂（已知产物之一为CaS）；
（2）氨碱法的工艺如图1所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯碱．
①图1中的中间产物C是Ca（OH）₂，DNH₃．（写化学式）；
②装置乙中发生反应的化学方程式为NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl；
（3）有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可用氨碱法以氯化钾和石灰石为原料制碳酸钾．请结合图2的溶解度（S）随温度变化曲线，分析说明是否可行？不可行，因为KHCO₃的溶解度较大，且在常温下与KCl溶解度相差小，在铵盐水碳酸化时无法大量析出．

（4）某工厂用氨制硝酸，再进一步制NH₄NO₃．已知由NH₃制HNO₃时产率为88%，由NH₃被HNO₃的吸收率为98%．则该工厂用100吨氨最多能制硝酸铵218吨．（计算结果保留整数）

Answer 1

分析 （1）①98%浓硫酸为高沸点酸，能制取低沸点的酸氯化氢，食盐和浓硫酸反应生成氯化氢和硫酸钠；
②由题目信息可知，硫酸钠与石灰石、焦炭反应生成CaS、Na₂CO₃，根据元素守恒可知，还原C的氧化物CO或CO₂生成；
（2）①碳酸钙加热分解生成CaO与CO₂，故A为CaO，B为CO₂，CaO在熟化桶内与水反应生成氢氧化钙；氢氧化钙与氯化铵在混合池内反应生成氨气与氯化钙；
②氨气与氯化钠溶液混合后，在乙中与二氧化碳发生反应，生成NaHCO₃、NH₄Cl；
（3）KHCO₃和NH₄Cl的溶解度相差不大，当温度高于40℃时，KHCO₃的溶解度大于NH₄Cl，降温结晶时会析出较多的KCl；
（4）设出制备出的硝酸铵的物质的量为xmol，然后根据在反应过程中的损耗，将NH₄NO₃时所需的NH₃的物质的量和制备HNO₃时所需的NH₃的分别表示出，质量共为100t，据此进行求算．

解答 解：（1）①利用高沸点酸制备挥发性酸，且HCl极易溶于水，故利用直接使用98%浓硫酸和氯化钠制取氯化氢，反应为：NaCl+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑，
故答案为：NaCl+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（浓） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑；
②由题目信息可知，硫酸钠与石灰石、焦炭反应生成CaS、Na₂CO₃，根据元素守恒可知，还原C的氧化物CO或CO₂生成，故反应方程式为：Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂，
故答案为：Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂；
（2）①碳酸钙加热分解生成CaO与CO₂，故A为CaO，B为CO₂，CaO在熟化桶内与水反应生成氢氧化钙，故C为Ca（OH）₂；氢氧化钙与氯化铵在混合池内反应生成氨气与氯化钙，故D为NH₃，
故答案为：Ca（OH）₂；NH₃；
②氨气与氯化钠溶液混合后，在乙中与二氧化碳发生反应，生成NaHCO₃、NH₄Cl，反应方程式为：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案为：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（3）由溶解曲线图可知KHCO₃和NH₄Cl的溶解度相差不大，当温度高于40℃时，由图象可知，降温结晶时会析出较多的KCl，无法大量析出碳酸氢钾，所以该方法不可行，
故答案为：不可行，因为KHCO₃的溶解度较大，且在常温下与KCl溶解度相差小，在铵盐水碳酸化时无法大量析出；
（4）设制备出的NH₄NO₃的物质的量为xmol，
根据反应NH₃+HNO₃=NH₄NO₃可知：NH₃～NH₄NO₃，由于NH₃被HNO₃的吸收率为98%，故在此反应中所需的NH₃的物质的量为：$\frac{x}{98%}$=1.02xmol；
同时据反应可知：NH₃～HNO₃～NH₄NO₃，而由NH₃制HNO₃时产率为88%，故生成xmolNH₄NO₃，需要的制备硝酸的NH₃的物质的量为：$\frac{x}{88%}$=1.136xmol，
即制得xmolNH₄NO₃所需的氨气的物质的量为：（1.02x+1.136x）mol，
根据氨气的质量为100t即10⁸g可得：（1.02x+1.136x）mol×17g/mol=10⁸g，
解得：x=2728364.07mol，
NH₄NO₃的质量为：m=nM=2728364.07mol×80g/mol≈218t，
故答案为：218．

点评 本题考查制碱法的工艺的流程，题目难度中等，明确制备流程及反应原理为解答关键，注意根据物质的主要性质分析工艺装置、反应原理，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验能力．