Question

19．碳酸鈉的用途很廣，可用做冶金、紡織、漂染等工業(yè)的基本原料．請根據(jù)題意回答下列問題：
Ⅰ．世界最早工業(yè)生產(chǎn)碳酸鈉的方法是路布蘭（N．Leblanc）法．其流程如下：

（1）流程I的另一產(chǎn)物是HCl，流程Ⅱ的反應分步進行：a．Na₂SO₄+4C $\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑；
b．Na₂S與石灰石發(fā)生復分解反應，總反應方程式可表示為Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑．
Ⅱ．1862年，比利時人索爾維（Ernest Solvay）用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉．反應原理如下：

20℃時一些物質(zhì)在水中的溶解度/g•（100gH₂O）^-1

NaCl	NH4Cl	NaHCO3	NH4HCO3	Na2CO3
35.9	37.2	9.6	21.7	21.5

（2）氨堿法生成純堿的原料是食鹽、水、氨氣和CO₂，可循環(huán)利用的物質(zhì)有CaO、CO₂、NH₄Cl、NH₃．
（3）飽和NaCl溶液通NH₃和CO₂能生成NaHCO₃的原因有：反應體系中NaHCO₃溶解度最小、反應消耗水、NaHCO₃相對分子質(zhì)量最大．
Ⅲ．我國化工專家侯德榜研究出聯(lián)合制堿法，其反應原理和氨堿法類似，但將制氨和制堿聯(lián)合，提高了原料利用率．
（4）生產(chǎn)中需向分離出NaHCO₃后所得的溶液中加入NaCl固體并通入NH₃，在0～10℃（填溫度范圍）下析出NH₄Cl．（填化學式）

Answer 1

分析 Ⅰ．路布蘭法是利用食鹽晶體和濃硫酸在高溫下反應生成硫酸鈉和氯化氫，再利用C與石灰石和硫酸鈉高溫加熱生成碳酸鈉；
（1）流程Ⅰ生成硫酸鈉，另一種產(chǎn)物可利用質(zhì)量守恒或原子守恒判斷；硫化鈉與石灰石發(fā)生復分解反應的化學方程式為Na₂S+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS，將兩方程式相加即可得到總反應式；
Ⅱ．索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，反應原理為利用氨化飽和的NaCl與CO₂反應得到NaHCO₃，將碳酸氫鈉分解即可得到純堿碳酸鈉；
（2）索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，原料CO₂來源于石灰石（CaCO₃）的分解，另需食鹽、氨氣及水；因碳酸氫鈉分解生成CO₂和純堿，氯化銨晶體分解生成氨氣；循環(huán)利用是參加反應過程中又生成的物質(zhì)；
（3）相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度明顯小于碳酸鈉；
Ⅲ．侯德榜研究出聯(lián)合制堿法為在飽和的氯化鈉溶液中直接通入氨氣和CO₂，得到氯化銨和碳酸氫鈉晶體，并利用碳酸氫鈉的分解制得純堿，
（4）侯氏制堿法結晶出碳碳酸氫鈉后的溶液中主要存在氯化銨，加入氯化鈉并通NH₃，可促進NH₄Cl（s）?NH₄⁺（aq）+Cl^-（aq）溶解平衡逆向移動，析出晶體氯化銨；可選擇在低溫下進行，以防止析出其它晶體．

解答 解：Ⅰ．路布蘭法是利用食鹽晶體和濃硫酸在高溫下反應生成硫酸鈉和氯化氫，再利用C與石灰石和硫酸鈉高溫加熱生成碳酸鈉；
（1）流程Ⅰ利用高沸點酸制揮發(fā)性酸原理，氯化鈉與濃硫酸混合加熱，生成硫酸鈉和氯化氫；a．Na₂SO₄+4C$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂S+4CO↑；b．Na₂S與石灰石發(fā)生復分解反應的化學方程式為Na₂S+CaCO₃$\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS，將兩方程式相加即可得到總反應式 Na₂SO₄+4C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑，
故答案為：HCl； Na₂SO₄+4C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;1000℃\;}}{\;}$Na₂CO₃+CaS+4CO↑；
Ⅱ．索爾維用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉，反應原理為利用氨化飽和的NaCl與CO₂反應得到NaHCO₃，將碳酸氫鈉分解即可得到純堿碳酸鈉；
（2）索爾維用食鹽、水、氨氣和CO₂反應制備碳酸氫鈉，其中可利用石灰石（CaCO₃）分解得到CO₂；碳酸氫鈉分解純堿，同時得到CO₂，另外副產(chǎn)品氯化銨晶體分解能生成氨氣，兩種氣體均可循環(huán)利用，根據(jù)轉(zhuǎn)化線路石灰石（CaCO₃）分解得到氧化鈣和CO₂，生成的氯化銨可以與氫氧化鈣反應，CaO、NH₄Cl也可循環(huán)使用，
故答案為：食鹽、水、氨氣和CO₂；CaO、CO₂、NH₄Cl、NH₃；
（3）因相同溫度下，碳酸氫鈉的溶解度明顯小于碳酸鈉，則飽和NaCl溶液通NH₃和CO₂只能生成NaHCO₃；同時反應消耗水，利于析出晶體碳酸氫鈉，
故答案為：反應體系中NaHCO₃溶解度最小，反應消耗水，NaHCO₃相對分子質(zhì)量最大；
Ⅲ．侯德榜研究出聯(lián)合制堿法為在飽和的氯化鈉溶液中直接通入氨氣和CO₂，得到氯化銨和碳酸氫鈉晶體，并利用碳酸氫鈉的分解制得純堿；
（4）在含有氯化銨的濾液中，加入氯化鈉并通NH₃，可提高溶液中Cl^-和NH₄⁺的濃度，促進NH₄Cl（s）?NH₄⁺（aq）+Cl^-（aq）溶解平衡逆向移動，析出晶體氯化銨；因NH₄Cl低溫下溶解度比較小，低溫更易NH₄Cl晶體析出，并以防止析出其他晶體，
故答案為：0～10℃；NH₄Cl．

點評 本題探究三種不同情況制備純堿碳酸鈉的實驗原理，涉及反應原理、溶解度及混合物的分離操作，屬基礎性考查，題目難度中等，難點為反應原理的分析．