Question

20．纯碱是一种非常重要的化学基本工业产品，工业上有很多不同的方法生产纯碱．
Ⅰ、路布兰法--其生产原理：用硫酸将食盐转化为硫酸钠，将硫酸钠与木炭、石灰石一起加热，得到产品和硫化钙．
（1）请写出上述过程的化学方程式：2NaCl+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑．Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+CO₂↑．
Ⅱ．索尔维制碱法：以食盐、氨气（来自炼焦副产品）和二氧化碳（来自石灰石）为原料，首先得到小苏打，再加热分解小苏打，获得纯碱．
（2）结合图中所给物质的溶解度曲线．写出得到小苏打的离子方程式：Na⁺+NH₃+H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHCO₃↓+NH₄⁺．

（3）这种生产方法的优点是原料便宜、产品纯度高、氨和部分二氧化碳可以循环使用．请写出实现氨循环的化学方程式：2NH₄C1+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaC1₂+2NH₃↑+2H₂O．
Ⅲ．侯德榜制碱法--生产流程可简要表示如下：

（4）合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，其中Y是NH₃（填化学式），这两种气体在使用过程中是否需要考虑通入的先后顺序是（填”是”或“否”），原因是氨气在水中的溶解度大，先通氨气后通二氧化碳产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠的析出．
（5）侯德榜制碱法保留了索尔维法的优点，克服了它的缺点，特别是设计了循环I（填流程中的编号）使原料中溶质的利用率从70%提高到了96%以上．从母液中可以获得的副产品的应用：作化肥（举一例）．
（6）该合成氨厂用NH₃制备NH₄NO₃．已知：由NH₃制NO的产率是94%，NO制HNO₃的产率是89%，则制HNO₃所用NH₃的质量占总耗NH₃质量（不考虑其它损耗）的54%（保留两位有效数字）

Answer 1

分析 I．（1）根据难挥发性酸制备挥发性酸的原理，浓硫酸与氯化钠晶体反应生成HCl气体，硫酸钠和焦炭、石灰石反应的产物之一为CaS，说明发生了氧化还原反应，S元素的化合价降低，Na₂SO₄作氧化剂，则作还原剂的为焦炭，C元素的化合价升高为+4价，由此可判断产物还有碳酸钠和二氧化碳；
II．（2）由图2 可知碳酸氢钠的溶解度小于氯化钠、氯化铵，以食盐、氨气（来自炼焦副产品）和二氧化碳（来自石灰石）为原料，可生成碳酸氢钠；
（3）反应生成氯化铵，可与氢氧化钙反应生成氨气以循环使用；
III．（4）合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是二氧化碳和氨气；二氧化碳在水溶液中溶解度小，生成碳酸氢钠少，不能析出晶体，而氨气在水中的溶解度大，先通氨气后通二氧化碳产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠的析出；
（5）碳酸氢钠能溶于水，析出晶体后的溶液要循环利用，从母液中有NH₄Cl可以做肥料；
（6）根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，以此计算．

解答 解：I．（1）根据难挥发性酸制备挥发性酸的原理，浓硫酸与氯化钠晶体反应生成HCl气体，反应方程式为：2NaCl+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑；硫酸钠和焦炭、石灰石反应的产物之一为CaS，说明发生了氧化还原反应，S元素的化合价降低，Na2SO4作氧化剂，则作还原剂的为焦炭，C元素的化合价升高为+4价，由此可判断产物还有碳酸钠和二氧化碳，其反应方程式为Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+CO₂↑；
故答案为：2NaCl+H₂SO₄（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑，Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+CO₂↑；
II．（2）由图2 可知碳酸氢钠的溶解度小于氯化钠、氯化铵，以食盐、氨气（来自炼焦副产品）和二氧化碳（来自石灰石）为原料，可生成碳酸氢钠，反应的离子方程式为Na⁺+NH₃+H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHCO₃↓+NH₄⁺，故答案为：Na⁺+NH₃+H₂O+CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（3）反应生成氯化铵，可与氢氧化钙反应生成氨气以循环使用，反应的化学方程式为2NH₄C1+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaC1₂+2NH₃↑+2H₂O，
故答案为：2NH₄C1+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaC1₂+2NH₃↑+2H₂O；
III．（4）合成氨工厂需要向制碱厂提供两种原料气体，它们分别是二氧化碳和氨气，X可由煅烧炉生成，X为二氧化碳，则Y为氨气；二氧化碳在水溶液中溶解度小，生成碳酸氢钠少，不能析出晶体，而氨气在水中的溶解度大，先通氨气后通二氧化碳产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠的析出；
故答案为：NH₃；是；氨气在水中的溶解度大，先通氨气后通二氧化碳产生碳酸氢铵多，有利于碳酸氢钠的析出；
（5）碳酸氢钠能溶于水，析出晶体后的溶液中还含有较多碳酸氢钠，所以要循环利用，从母液中有NH₄Cl可以做肥料，
故答案为：循环I；作化肥；
（6）由NH₃制NO的产率是94%、NO制HNO₃的产率是89%，根据氮原子守恒可知，NH₃～NO～HNO₃，则1mol氨气可得到硝酸1mol×94%×89%=0.8366mol，由HNO₃+NH₃═NH₄NO₃，则该反应消耗的氨气的物质的量为0.8366mol，氨气的质量之比等于物质的量之比，则制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的百分数为 $\frac{1mol}{1mol+0.8366mol}$×100%=54%；即制HNO₃所用去的NH₃的质量占总耗NH₃质量的54%，
故答案为：54．

点评 本题考查了工业制备原理应用，流程分析，实验制备物质的分析判断，为高考常见题型和高频考点，注意把握利用物质的转化及质量守恒的方法来进行简单计算，使用硝酸铵的注意事项，明确转化中的化学反应得出物质之间的关系是解答的关键，题目难度中等．