Question

1．制纯碱包括石灰石分解、粗盐水精制、氨盐水碳酸化等基本步骤．
完成下列计算：
（1）CaCO₃质量分数为0.90的石灰石100kg完全分解产生CO₂20160L（标准状况）．
石灰窑中，该石灰石100kg与焦炭混合焙烧，产生CO₂ 29120L（标准状况），如果石灰石中碳酸钙完全分解，且焦炭完全燃烧，不产生CO，则焦炭的物质的量为400mol．
（2）已知粗盐水含MgCl₂ 6.80mol/m³，含CaCl₂ 3.00mol/m³．
向粗盐水中加入Ca（OH）₂除镁离子：MgCl₂+Ca（OH）₂→Mg（OH）₂↓+CaCl₂
然后加入Na₂CO₃除钙离子．
处理上述粗盐水10m³，至少需要加Na₂CO₃10388g．
如果用碳酸化尾气（含NH₃体积分数为0.100、CO₂体积分数0.040）代替碳酸钠，发生如下反应：
Ca²⁺+2NH₃+CO₂+H₂O→CaCO₃↓+2NH₄⁺
处理上述10m³粗盐水至少需要通入多少L（标准状况）碳酸化尾气？列式计算．
（3）某氨盐水含氯化钠1521kg，通入二氧化碳后析出碳酸氢钠晶体，过滤后溶液中含氯化铵1070kg．列式计算：
①过滤后溶液中氯化钠的质量．
②析出的碳酸氢钠晶体的质量．

Answer 1

分析 （1）根据质量分数计算碳酸钙的质量，再根据CaCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaO+CO₂↑计算二氧化碳的体积；
碳酸钙分解产生二氧化碳，焦炭完全燃烧也生成二氧化碳，根据碳元素守恒计算焦炭的物质的量；
（2）加入碳酸钠最少时，反应完毕为NaCl溶液，反应过程中氯离子物质的量不变，根据氯离子守恒：n_生成（NaCl）=2n（MgCl₂）+2n（CaCl₂ ），根据钠离子守恒：n_生成（NaCl）=2n（Na₂CO₃ ），再根据m=nM计算Na₂CO₃ 的质量；
加入的碳酸钠除钙离子，溶液中n（Ca²⁺）=n（Na₂CO₃），反应中NH₃、CO₂按物质的量之比2：1反应，而碳酸化尾气中NH₃、CO₂的物质的量之比为0.1：0.04=2.5：1，故反应中氨气有剩余，根据钙离子物质的量计算二氧化碳的物质的量，结合二氧化碳的体积分数计算碳酸化尾气的体积；
（3）①根据氯离子守恒计算滤液中NaCl物质的量，再根据m=nM计算；
②根据钠离子守恒计算生成碳酸氢钠的物质的量，再根据m=nM计算．

解答 解：（1）碳酸钙的质量为0.90×100kg=90Kg，即质量为90000g，设生成二氧化碳的体积为V，则：
   CaCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaO+CO₂↑
   100g        22.4
90000g           V
所以V=$\frac{90000g×22.4L}{100g}$=20160L；
碳酸钙分解产生二氧化碳，焦炭完全燃烧也生成二氧化碳，根据碳元素守恒，焦炭燃烧生成的二氧化碳为29120L-20160L=8960L，焦炭与其燃烧生成的二氧化碳物质的量相等，故需要焦炭的物质的量为$\frac{8960L}{22.4L/mol}$=400mol，
故答案为：20160；400；
（2）加入碳酸钠最少时，反应完毕为NaCl溶液，反应过程中氯离子物质的量不变，
根据氯离子守恒：n_生成（NaCl）=2n（MgCl₂）+2n（CaCl₂ ）=10m³×6.80mol/m³×2+10m³×3.00mol/m³×2=196mol，根据钠离子守恒：n_生成（NaCl）=2n（Na₂CO₃ ），故n（Na₂CO₃ ）=$\frac{196mol}{2}$=98mol，故需要Na₂CO₃ 的最少质量为98mol×106g/mol=10388g；
加入的碳酸钠除钙离子，溶液中n（Ca²⁺）=n（Na₂CO₃）=98mol，反应中NH₃、CO₂按物质的量之比2：1反应，而碳酸化尾气中NH₃、CO₂的物质的量之比为0.1：0.04=2.5：1，故反应中氨气有剩余，根据Ca²⁺+2NH₃+CO₂+H₂O→CaCO₃↓+2NH₄⁺，可知需要二氧化碳为98mol，故需要碳酸化尾气的体积为98mol×22.4L/mol÷0.04=54880L，
故答案为：10388；54880L；
（3）反应方程式为：NaCl（饱和）+NH₃+H₂O+CO₂=NH₄Cl+NaHCO₃↓，
①原溶液中氯化钠的物质的量为$\frac{1521×1000g}{58.5g/mol}$=26×1000mol，滤液中氯化铵的物质的量为$\frac{1070×1000g}{53.5g/mol}$=20×1000mol，根据氯离子守恒，滤液中NaCl物质的量为26×1000mol-20×1000mol=6×1000mol，则过滤后溶液中氯化钠的质量为6×1000mol×58.5g/mol=351×1000g，即为351kg，
答：过滤后溶液中氯化钠的质量为351kg；
②根据钠离子守恒，生成碳酸氢钠的物质的量为26×1000mol-6×1000mol=20×1000mol，则析出碳酸氢钠的质量为20×1000mol×84g/mol=1680×1000g，即为1680kg，
答：析出碳酸氢钠的质量为1680kg．

点评 本题考查混合物的有关计算，注意利用守恒法进行计算解答，侧重考查学生的分析计算能力，题目过程复杂、计算量大，为易错题目，难度中等．