Question

纯碱（化学式为Na₂CO₃）是一种重要的化工原料．现代化工生产有三种工艺：
（一）布兰制碱法．以食盐为原料制碱，该法分三步：
①用氯化钠与硫酸反应制硫酸钠：2NaCl+H₂SO₄═Na₂SO₄+2HCl；
②用焦炭还原硫酸钠得硫化钠：Na₂SO₄+4C═Na₂S+4CO↑
③用硫化钠与石灰石反应制碳酸钠：Na₂S+CaCO₃═Na₂CO₃+CaS
（二）氨碱法即索尔维制碱法．以食盐、氨、二氧化碳为原料，其反应也分三步进行：
①NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃
②NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃+NH₄Cl
③2NaHCO₃═Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（三）候氏制碱法．低温下先向饱和食盐水中通入氨气，再通入二氧化碳可析出碳酸氢钠，再加入细盐末，因同离子效应，低温氯化铵溶解度突然降低，而食盐的溶解度变化不大，所以氯化铵析出而食盐不析出；再用氨饱和后通二氧化碳，结果往返析出NaHCO₃和NH₄Cl．该法生产的纯碱质量优良，纯白如雪．
（1）相比另外两种方法，布兰制碱法工艺的缺点除了成本较高，生成CO和CaS等污染物外还有

 

和

 

（写两点）．
（2）氨碱法工艺的中循环利用的物质是

 

（填化学式）；产品的副产物NH₄Cl既可以做氮肥又可以重新生成氨气．写出NH₄Cl与生石灰反应的化学方程式

 

．
（3）候氏制碱法反应的方程式为

 

．
（4）为什么候氏制碱法工艺中先向饱和食盐水中通入氨气，再通入二氧化碳．理由是

 

（写一点）．
（5）候氏制碱法产品纯碱中含有碳酸氢钠．如果用加热分解的方法测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数，用m₁表示加热前纯碱样品的质量，m₂表示加热后固体的质量．则纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表示为：

 

．

Answer 1

考点：纯碱工业（侯氏制碱法）

专题：元素及其化合物

分析：（1）布兰制碱法与其它两种制碱法工艺相比生产时需要高温消耗能源，需硫酸，硫酸具有腐蚀性，中间产物为CaS，废弃物长期堆积臭气四溢；
（2）氨碱法生产纯碱的化学反应原理是以食盐（氯化钠）、石灰石（经煅烧生成生石灰和二氧化碳）、氨气为原料来制取纯碱，循环利用的物质是既为反应原料液可为产物为二氧化碳，NH₄Cl与生石灰反应生成氯化钙氨气和水；
（3）候氏制碱法是以食盐、氨和二氧化碳（其中二氧化碳来自合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气）为原料来制取纯碱；
（4）氨盐水显碱性，容易吸收二氧化碳；NH₃极易溶于水且溶液呈弱碱性，再通入CO₂使之更多地转化为HCO₃^-；
（5）根据碳酸氢钠受热易分解和碳酸钠受热稳定的性质来回答．

解答： 解：（1）布兰制碱法用氯化钠与硫酸反应制硫酸钠，用焦炭还原硫酸钠得硫化钠，用硫化钠与石灰石反应制碳酸钠，原料需硫酸，硫酸具有腐蚀性，硫酸对设备腐蚀严重，生产时需要高温消耗能源成本较高，中间产物为CaS，废弃物长期堆积臭气四溢，
故答案为：生产时需要高温；硫酸对设备腐蚀严重；
（2）氨碱法即索尔维制碱法．以食盐、氨、二氧化碳为原料，其反应也分三步进行：
①NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃ ②NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃+NH₄Cl ③2NaHCO₃═Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，第③步生成的二氧化碳可作为第①步的生产原料，可循环利用，NH₄Cl与生石灰反应2NH₄Cl+CaO=2NH₃↑+CaCl₂+H₂O，
故答案为：CO₂；2NH₄Cl+CaO=2NH₃↑+CaCl₂+H₂O；
（3）侯氏制碱法，也称为联合制碱法，化学反应原理是用氨气和二氧化碳与氯化钠饱和溶液反应生成碳酸氢钠，然后加热碳酸氢钠制取碳酸钠，反应方程式为NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案为：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl、2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（4）因为饱和氨盐水显碱性，比饱和食盐水更容易吸收二氧化碳，所以在用氨碱法生产纯碱过程中，要先向饱和食盐水中通入氨气，制成饱和氨盐水，再向其中通入二氧化碳，保证全部生成NaHCO₃，
故答案为：CO₂在水中的溶解度较小，吸收率低，后通入CO₂保证全部生成NaHCO₃；
（5）m₁表示加热前纯碱样品的质量，m₂表示加热后固体的质量，则加热损失的固体质量为：m₁-m₂，根据2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O可知，纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为

84(m1-m2)

31m1

，
故答案为：

84(m1-m2)

31m1

．

点评：本题是一道有关工业制纯碱知识的一道综合实验题目，考查学生分析和解决问题的能力，掌握三种制碱法的原理是解题的关键，题目难度中等．