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)通过三种方法的比较,布兰制碱法工艺的缺点有 (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 (写两点)。
(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: 。
(1)生产时需要高温;硫酸对设备腐蚀严重;CaS废弃物长期堆积臭气四溢;成本较高。(4分,答出以上任意两点各2分,其他合理答案均给分)
(2)CO2(1分) 2NH4Cl+CaO 2NH3↑+CaCl2+H2O(2分)
(3)NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl(2分)
(4)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(4分,答出以上任意两点各2分,其他合理答案均给分)
(5)(2分)
题目分析:(1)布兰制碱法工艺的缺点有焦炭还原硫酸钠时需要高温;硫酸对设备腐蚀严重;CaS废弃物长期堆积臭气四溢;成本较高等;
(2)从化学方程式中得出氨碱法工艺的中循环利用的物质是CO2;氯化铵与生石灰反应生成氨气、氯化钙、水,化学方程式为2NH4Cl+CaO 2NH3↑+CaCl2+H2O;
(3)候氏制碱法的原理是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,所以化学方程式为NaCl+CO2+NH3+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl ;
(4)因为二氧化碳在水中的溶解度较小,不易生成碳酸氢钠,所以先通入氨气,使溶液呈碱性,再通入二氧化碳可增大二氧化碳的吸收量从而生产碳酸氢钠;
(5)碳酸氢钠受热易分解,生成碳酸钠、水和二氧化碳,最终该固体为碳酸钠,所以质量减轻(m1-m2)g,每消耗168g碳酸氢钠,固体质量减轻62g,所以固体中碳酸氢钠的质量是168(m1-m2)/62g,所以样品中碳酸氢钠的质量分数是168(m1-m2)/62/m=。