Question

1．碳酸钠的用途很广，可用做冶金、纺织、漂染等工业的某本原料．
Ⅰ．工业上最早射出碳酸钠的方法是路布兰（N．Leblanc）法．其流程如下：

（1）流程Ⅰ的另一种产物是HCl．
（2）流程Ⅱ的反应分步进行：a．Na₂SO₄+4C$\stackrel{1000℃}{=}$Na₂S+4CO↑；b．Na₂S与石灰石发生复分解反应，该工程总反应方程式为Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+4CO↑+CaS．
Ⅱ.1862年，比利时人索尔维（Emesl Solvay）用氨碱法生产碳酸钠，反应原理如下：

20℃时一些物质在水中的溶解度如下表：

物质	NaCl	NH4Cl	NaHCO3	NH4HCO3	Na2CO3
s/g	35.9	37.2	9.6	21.7	21.5

（3）除水外，氨醎法生产纯碱的原料还有石灰石、NH₃和食盐，可循环利用的物质由CO₂和NH₃．
（4）饱和NaCl溶液通NH₃和CO₂能S生成NaHCO₃的原因是反应体系中NaHCO₃的溶解度最小．NH₃和CO₂应先通入的是NH₃，原因是因为氨气的溶解度远大于CO₂．
Ⅲ．我国化工专家侯德榜研究出联合制碱法，其反应原理和氨碱法类似，但将制氨和制碱联合，提高了原料利用率．
（5）生产中向已分离出NaHCO₃晶体体后的溶液中加入适量NaCl固体并通入NH₃，可以析出NH₄Cl晶体．欲从溶液中充分分离该物质而不析出其他晶体，温度应控制在0～10℃．

Answer 1

分析 Ⅰ．路布兰法是利用食盐晶体和浓硫酸在高温下反应生成硫酸钠和氯化氢，再利用C与石灰石和硫酸钠高温加热生成碳酸钠；
（1）流程Ⅰ生成硫酸钠，另一种产物可利用质量守恒或原子守恒判断；
（2）硫化钠与石灰石发生复分解反应的化学方程式为Na₂S+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS，将两方程式相加即可得到总反应式；
Ⅱ．索尔维用氨碱法生产碳酸钠，反应原理为利用氨化饱和的NaCl与CO₂反应得到NaHCO₃，将碳酸氢钠分解即可得到纯碱碳酸钠；
（3）索尔维用氨碱法生产碳酸钠，原料CO₂来源于石灰石（CaCO₃）的分解，另需食盐、氨气及水；因碳酸氢钠分解生成CO₂和纯碱，氯化铵晶体分解生成氨气；
（4）相同温度下，碳酸氢钠的溶解度明显小于碳酸钠；NH₃极易溶解于水且溶液显碱性，先通入NH₃得到的碱性溶液可增加CO₂气体的溶解度；
Ⅲ．侯德榜研究出联合制碱法为在饱和的氯化钠溶液中直接通入氨气和CO₂，得到氯化铵和碳酸氢钠晶体，并利用碳酸氢钠的分解制得纯碱；
（5）侯氏制碱法结晶出碳碳酸氢钠后的溶液中主要存在氯化铵，加入氯化钠并通NH₃，可促进NH₄Cl（s）?NH₄⁺（aq）+Cl^-（aq）溶解平衡逆向移动，析出晶体氯化铵；可选择在低温下进行，以防止析出其他晶体．

解答 解：Ⅰ．路布兰法是利用食盐晶体和浓硫酸在高温下反应生成硫酸钠和氯化氢，再利用C与石灰石和硫酸钠高温加热生成碳酸钠；
（1）流程Ⅰ利用高沸点酸制挥发性酸原理，氯化钠与浓硫酸混合加热，生成硫酸钠和氯化氢，故答案为：HCl；
（2）a．Na₂SO₄+4C$\stackrel{1000℃}{=}$Na₂S+4CO↑；b．Na₂S与石灰石发生复分解反应的化学方程式为Na₂S+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS，将两方程式相加即可得到总反应式Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+4CO↑+CaS，
故答案为：Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+4CO↑+CaS；
Ⅱ．索尔维用氨碱法生产碳酸钠，反应原理为利用氨化饱和的NaCl与CO₂反应得到NaHCO₃，将碳酸氢钠分解即可得到纯碱碳酸钠；
（3）索尔维用食盐、水、氨气和CO₂反应制备碳酸氢钠，其中可利用石灰石（CaCO₃）分解得到CO₂；碳酸氢钠分解纯碱，同时得到CO₂，另外副产品氯化铵晶体分解能生成氨气，两气体均可循环利用，
故答案为：石灰石、NH₃和食盐；CO₂和NH₃；
（4）因相同温度下，碳酸氢钠的溶解度明显小于碳酸钠，则饱和NaCl溶液通NH₃和CO₂只能生成NaHCO₃；CO₂在水中溶解度小，但极易溶解在碱性溶液中，而NH₃极易溶解于水且溶液显碱性，则先通入NH₃得到的碱性溶液可增加CO₂气体的溶解度；
故答案为：反应体系中NaHCO₃的溶解度最小；NH₃；因为氨气的溶解度远大于CO₂；
Ⅲ．侯德榜研究出联合制碱法为在饱和的氯化钠溶液中直接通入氨气和CO₂，得到氯化铵和碳酸氢钠晶体，并利用碳酸氢钠的分解制得纯碱；
（5）在含有氯化铵的滤液中，加入氯化钠并通NH₃，可提高溶液中Cl^-和NH₄⁺的浓度，促进NH₄Cl（s）?NH₄⁺（aq）+Cl^-（aq）溶解平衡逆向移动，析出晶体氯化铵；因NH₄Cl低温下溶解度比较小，低温更易NH₄Cl晶体析出，并以防止析出其他晶体；故答案为：NH₄Cl晶体；0～10℃．

点评 本题探究三种不同情况制备纯碱碳酸钠的实验原理，涉及反应原理、溶解度及混合物的分离操作，属基础性考查，难度适中，难点为反应原理的分析．