Question

4．圖l表示“侯氏制堿法”工業(yè)流程，圖2表示各物質(zhì)的溶解度曲線．

回答下列問題：
（1）圖中X的化學(xué)式為CO₂．
（2）沉淀池中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NaCl+H₂O+NH₃+CO₂=NaHCO₃↓+NH₄Cl，該反應(yīng)先向飽和食鹽水中通入NH₃（填化學(xué)式）至飽和，再通入另一種氣體，若順序顛倒，后果是不能析出NaHCO₃晶體．
（3）沉淀池的反應(yīng)溫度控制在30～35℃，原因是NaHCO₃溶解度小，低于30⁰C反應(yīng)速率慢，高于35⁰CNaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶體析出．
（4）母液中加入CaO后生成Y的化學(xué)方程式為CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O．
（5）氯堿工業(yè)是指電解飽和食鹽水，這里的堿是指NaOH（填化學(xué)式），其另外兩種氣體產(chǎn)物可以用于工業(yè)上制取純硅，流程如圖3：

①整個制備過程必須嚴(yán)格控制無水無氧．SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃+3HCl+H₂↑．
②假設(shè)每一輪次制備1mol純硅，且生產(chǎn)過程中硅元素沒有損失，反應(yīng)I中HCl的利用率為90%，反應(yīng)II中H₂的利用率為93.75%．則在第二輪次的生產(chǎn)中，補充投入HCl 和H₂的物質(zhì)的量之比是5：1．

Answer 1

分析 侯氏制堿法制取純堿反應(yīng)原理可用下列化學(xué)方程式表示：NaCl（飽和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O根據(jù)反應(yīng)原理，飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，再加熱碳酸氫鈉晶體就可以得到純堿．
（1）根據(jù)碳酸氫鈉煅燒的產(chǎn)物考慮；
（2）飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水，所以應(yīng)先通入氨氣，氨氣極易溶解于水，能形成較大濃度的溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氫銨，；
（3）根據(jù)題中所給信息“35℃NH₄HCO₃會有分解”分析解答，根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素分析，要控制恒溫；
（4）母液中含有氯化銨，加入石灰乳后可以生成氨氣；
（5）電解飽和氯化鈉溶液，能生成氫氧化鈉、氯氣和氫氣；
①寫出反應(yīng)物和給出的生成物H₂SiO₃和HCl，用原子守恒法找出另一種生成物為H₂，并配平；
②反應(yīng)生產(chǎn)1mol純硅需補充HCl：$\frac{3}{90%}$-3，需補充H₂：$\frac{1}{93.95%}$-1．

解答 解：（1）碳酸氫鈉煅燒生成碳酸鈉、水、二氧化碳，所以X是二氧化碳（CO₂），故答案為：CO₂；
（2）氨氣、二氧化碳、水和氯化鈉發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化銨，反應(yīng)方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水，所以應(yīng)先通入氨氣，氨氣極易溶解于水，能形成較大濃度的溶液，有利于二氧化碳吸收，生成更多的碳酸氫銨，否則不能析出NaHCO₃晶體，故答案為：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃，不能析出NaHCO₃晶體；
（3）根據(jù)題意“35℃NH₄HCO₃會有分解”，所以溫度不能超過35℃；同時反應(yīng)速度受溫度影響，溫度太低反應(yīng)速率太慢，所以溫度必須控制在一個合理范圍內(nèi)，使溫度保持一個恒定，故答案為：NaHCO₃溶解度小，低于30⁰C反應(yīng)速率慢，高于35⁰C NaHCO₃分解，不利于NaHCO₃晶體析出；
（4）過濾后得到的母液中含有氯化銨，母液中加入石灰乳后，反應(yīng)生成氨氣，方程式為：CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O，故答案為：CaO+2NH₄Cl=CaCl₂+2NH₃↑+H₂O；
（5）電解飽和氯化鈉溶液的方程式為：2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;通電\;}}{\;}$2NaOH+H₂↑+Cl₂↑，堿是指NaOH，故答案為：NaOH；
①SiHCl₃遇水劇烈反應(yīng)生成H₂SiO₃、HCl和氫氣：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+H₂↑+3HCl↑，故答案為：SiHCl₃+3H₂O═H₂SiO₃↓+3HCl↑+H₂↑；
②反應(yīng)生產(chǎn)1mol純硅需補充HCl：$\frac{3}{90%}$-3，需補充H₂：$\frac{1}{93.95%}$-1，補充HCl與H₂的物質(zhì)的量之比為≈5：1，故答案為：5：1．

點評 本題主要考查了學(xué)生運用溶解度有關(guān)知識分析解決純堿制取過程中有關(guān)問題．聯(lián)合制堿法的原料、反應(yīng)式以及副產(chǎn)物的回收利用，還考查硅及其化合物的性質(zhì)，涉及化學(xué)方程式的書寫、以及根據(jù)方程式的計算，計算是該題的難點．