Question

氨气是化学工业上应用非常广泛的物质．下面仅是它在两方面的重要用途．
“侯氏制碱法”的发明为振兴中国化工工业做出了重要贡献．制碱法的第一步反应是向饱和氨化盐水中通入二氧化碳，该反应可表示为：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O→NaHCO₃↓+NH₄Cl

	NaCl	NaHCO3	NH4Cl
10℃	35.8	8.15	33.0
45℃	37.0	14.0	50.0

现在45℃时，取117g食盐配制成饱和溶液，向其中通入适量氨气后，再向其中通入二氧化碳，使反应进行完全．试计算并回答下列问题（计算结果取三位有效数字）（有关物质的溶解度数据如右表，单位：g/100g水）．
（1）117g食盐理论上可以制取纯碱______g；
（2）45℃反应完毕后，有晶体析出；溶液中剩余水______g，析出晶体的质量______g．
（3）过滤除去析出的晶体后再降温至10℃，又有晶体析出，计算所析出晶体的质量共______克
工业制硝酸也是氨气重要用途之一，反应如下：
4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O　2NO+O₂→2NO₂　　3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO
将a mol的NH₃与b mol的O₂混合后，充入一密闭容器，在Pt存在下升温至700℃，充分反应后，冷却至室温．
（4）请讨论b∕a的取值范围及与之对应的溶液的溶质及其物质的量，将结果填于下表中：

b∕a的取值范围	溶质	溶质物质的量
______	______	______
	--	--
______	______	______
______	______	______

Answer 1

解：（1）117g食盐的物质的量为n（NaCl）==2mol，
则NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl
1 1 1
2mol 2mol 2mol
2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
2 1
2mol 1mol
n（Na₂CO₃）=1mol，
m（Na₂CO₃）=1mol×106g/mol=106g，故答案为：106；
（2）取117g食盐配制成饱和溶液，需要水的质量为：=316g，反应掉水的质量为2mol×18g/mol=36g，溶液中剩余水的质量为：316g-36g=280g，
由（1）得：m（NaHCO₃）=2mol×84g/mol=168g，此时，溶液中水的质量为280g，溶解NaHCO₃的质量为×14g≈39.0g，所以析出的质量为168g-39g=129g，
故答案为：280g；129；
（3）由（1）可知水的质量为280g，则过滤除去晶体后再降温至10℃，溶解NaHCO₃的质量为8.15g×=22.8g，析出NaHCO₃的质量为39.0-22.8=16.2g，
生成的NH₄Cl质量为2mol×53.5g/mol=107g，溶液溶解的NH₄Cl质量为33.0g×=92.4g，析出的NH₄Cl质量为107g-92.4g=14.6g，
所以析出的物质的为NH₄Cl和NaHCO₃，总质量为16.2g+14.6g=30.8g，
故答案为：30.8．
（4）根据极限法进行分析：0＜b∕a＜5∕4，O₂不足，发生反应：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，溶质为NH₃，参加反应的NH₃的物质的量为：mol，剩余的NH₃的物质的量为：（a-）mol
b∕a=5∕4，恰好反应，发生反应：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不与水反应，所以溶液中无溶质，
5∕4＜b∕a＜2，先发生4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，生成NOamol，消耗O₂为：amol，然后发生反应：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，溶质为HNO₃，参加反应的氧气的物质的量bmol-amol，生成的HNO₃为（bmol-amol）×=mol，
b∕a≥2 发生反应：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂过量，溶质为HNO₃，其物质的量为amol；
故答案为：

b∕a的取值范围	溶质	溶质物质的量
0＜b∕a＜5∕4	NH3	（a-）mol
b∕a=5∕4	/	/
5∕4＜b∕a＜2	HNO3	mol
b∕a≥2	HNO3	amol

分析：（1）根据反应的方程式NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl，2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O计算生成Na₂CO₃的质量；
（2）根据溶解度计算出需要的水的质量，减去反应的水的质量，最终计算出剩余水的质量；根据反应的方程式计算生成NaHCO₃的质量，结合溶解度计算析出晶体的质量；
（3）根据水的质量，结合各物质的溶解度判断析出晶体并计算质量；
（4）根据极限法进行分析：0＜b∕a＜5∕4，氧气不足，发生反应：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后分析溶质和其物质的量；
b∕a=5∕4，恰好反应，发生反应：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不与水反应；
5∕4＜b∕a＜2，先发生反应：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后发生反应：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，然后分析溶质和其物质的量；
b∕a≥2 发生反应：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂过量，然后分析溶质和其物质的量；
点评：本题考查纯碱的制备和计算，以及极限法进的运用，题目难度较大，注意有关溶解度计算的方法．