Question

某校化学兴趣小组参观制碱厂后，获得以下信息并对相关问题进行研究．
【产品与原理】该厂采用“侯氏制碱法”生产化工产品--纯碱（Na₂CO₃）和化肥NH₄Cl．
生产原理是：将NH₃和CO₂通入饱和食盐水中得到NaHCO₃和NH₄Cl的混合物，反应为：NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl；分离出NaHCO₃，加热制得纯碱．
【生产流程】

【相关资料】
（1）NH₄Cl

△   .

NH₃↑+HCl↑
（2）已知20℃时有关物质的溶解度如下（气体指1体积水中能溶解的气体体积）

物质	NaCl	NaHCO3	NH4Cl	NH3	CO2
溶解度	36.0g	9.6g	37.2g	710	0.9

【问题讨论】：
（1）氨碱工业最关键的一步是：在加压的条件下不断向饱和的氨盐水中通入二氧化碳气体，溶液中会有碳酸氢钠晶体析出．试分析该流程需要加压条件的原因是：

 

．
（2）反应①中发生了两个反应，写出其中的一个化学方程式：

 

．
（3）反应③中得到纯碱的化学方程式为：

 

．
（4）溶液B中的溶质有

 

（至少写出两种）．
（5）上述生产流程中可循环使用的是

 

（填序号）．
A．挥发性气体C        B．溶液D       C．氢氧化镁      D．化肥NH₄Cl
（6）在氨碱工业处理剩余的氯化铵溶液时．为何不直接蒸发结晶析出氯化铵固体？

 

．
【组成确定】
（1）称取一定质量的纯碱样品，经多次充分加热后，再称重，质量无变化；
（2）另取少量纯碱样品加入适量水，样品完全溶解，向该溶液中加入过量稀HNO₃，再滴加AgNO₃溶液，有白色沉淀．由上述实验可确定纯碱样品含有杂质

 

（写化学式）．
（3）某研究性学习小组对刚生产出的纯碱产品进行检测．取22克该样品于烧杯中，加水将其溶解，然后逐滴加入溶质质量分数为14.6%的稀盐酸并不断振荡．
首先发生的反应是：Na₂CO₃+HCl═NaHCO₃+NaCl；
然后发生的反应是：NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑；
在上述过程中烧杯中溶液质量与加入稀盐酸质量的关系如图甲所示．

①请你根据图甲提供的信息，在图乙的坐标系中画出检测过程中产生CO₂的质量随滴加盐酸质量的变化曲线．（标明二氧化碳质量的相应数值）
②计算该样品中纯碱的质量分数．（计算结果用百分数表示，保留到小数点后一位）

Answer 1

考点：纯碱的制取,氯化钠与粗盐提纯,盐的化学性质,根据化学反应方程式的计算

专题：常见的盐 化学肥料

分析：【问题讨论】
（1）了解氨碱工业最关键的一步：碳酸氢钠晶体析出；
（2）根据盐的溶解性可知，在第一次反应后溶液中只剩NaCl、Na₂CO₃、NaOH，所以在加入盐酸后Na₂CO₃、NaOH可与盐酸反应生成NaCl等；
（3）根据题干中提供的侯氏制碱法的反应原理可分析得出答案，另外值得注意的是NaHCO₃不会全部析出，肯定会有部分溶解在溶液中；
（4）由图可知，推测溶液B中的溶质；
（5）挥发性气体C是二氧化碳，溶液D是可能含有NaCl等多种溶质的混合物，因为给出的信息不足无法判断其具体组成，但二氧化碳和氯化钠在上述生产流程中都可以循环使用；
（6）根据氯化铵受热易分解的性质，进行分析．
【组成确定】
（2）根据“滴加AgNO₃溶液，有白色沉淀”，则一定含有氯离子，进行推测；
（3）①计算出开始产生二氧化碳的点和不再产生二氧化碳的点即可绘得变化的曲线，
②要计算碳酸钠的质量分数，需要求得碳酸钠的质量．

解答：解：
【问题讨论】
（1）氨碱工业最关键的一步是：在加压的条件下不断向饱和的氨盐水中通入二氧化碳气体，溶液中会有碳酸氢钠晶体析出．试分析该流程需要加压条件的原因是：增大二氧化碳在水中的溶解度；
（2）由图可知，反应①中与盐酸反应的物质有NaOH和Na₂CO₃，故反应方程式为：NaOH+HCl═NaCl+H₂O或Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑；
（3）反应③中得到纯碱的化学方程式为：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（4）由图可知，溶液B中的溶质有NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃四种；
（5）挥发性气体C是二氧化碳，溶液D是可能含有NaCl等多种溶质的混合物，因为给出的信息不足无法判断其具体组成，但二氧化碳和氯化钠在上述生产流程中都可以循环使用，即A、B；
（6）在氨碱工业处理剩余的氯化铵溶液时．因为氯化铵受热易分解，所以不直接蒸发结晶析出氯化铵固体．
【组成确定】
（2）根据“滴加AgNO₃溶液，有白色沉淀”，则一定含有氯离子，进行推测：由上述实验可确定纯碱样品含有杂质 NaCl；
（3）①据图甲可以看出，当加入盐酸的量为50g时开始产生二氧化碳，当加入盐酸的量为100g时不再生成二氧化碳，设产生二氧化碳的质量为x，则有
NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑．
       36.5          44
      50g×14.6%      x
 则

36.5

50g×14.6%

=

44

x

，解得x=8.8g
所以本题答案为：


②根据题意可以看出，与碳酸钠反应的盐酸共有100g，设碳酸钠的质量为y，则有
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑
106    73 
y     100g×14.6% 
则

106

y

=

73

100g×14.6%

，解得y=21.2g
所以该样品中纯碱的质量分数为：

21.2g

22g

×100%=96.4%
故答案为：【问题讨论】（1）增大二氧化碳在水中的溶解度
（2）NaOH+HCl═NaCl+H₂O或者Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
（3）2NaHCO₃ 

△   .

 Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑
（4）NaHCO₃和NH₄Cl；
（5）AB；
（6）氯化铵受热易分解
【组成确定】
（2）NaCl；  （3）①②96.4%（过程略）

点评：本题考查了碳酸钠的制取以及有关的计算，完成此题，可以依据已有的知识结合题干提供的信息进行．