Question

碳酸鈉用途非常廣泛，是工業生產中重要的化工原料．在1921年我國科學家
侯德榜創造了一種著名的純堿生產方法--“聯合制堿法”．
“聯合制堿法”生產過程：
（1）第一步主要反應為NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃該反應屬于基本反應類型中的______反應．
（2）第二步用食鹽與NH₄HCO₃反應．食鹽來源于某鹽田，該粗鹽主要含有氯化鈉，此外還含有少量硫酸鈉，氯化鈣和氯化鎂．經凈化、精制得到生產碳酸鈉所需要的食鹽水．

其主要流程如下：
①通過降溫使硫酸鈉從粗鹽水中析出，說明硫酸鈉的溶解度隨溫度的變化較______（填“大”或“小”）．
②“精制I”操作中，加入過量含鈣元素的堿的化學式是______，其反應化學方程式為______．
③“精制II”操作中，加入B鹽的有關反應方程式為______，______．
④為保證“精制II”操作中過量B鹽把雜質全部除去，寫出檢驗溶液中B鹽是否過量的實驗方案：______
______．
⑤查閱資料得知NaCl、NH₄HCO₃、NaHCO₃、NH₄Cl在30℃時的溶解度如下表所示：

溫度	NH4Cl	NH4HCO3	NaHCO3	NaCl
30℃	41.1g	27.0g	11.1g	36.3g

請根據溶解度表所提供的信息，寫出“聯合制堿法”中的第二步屬于復分解反應的化學方程式：______．
（3）第三步處理制得碳酸鈉，反應原理為2NaHCONa₂CO₃+H₂O+CO₂↑
（4）用“聯合制堿法”制得的純堿中常含有少量的氯化鈉．為測定某純堿樣品中碳酸鈉的質量分數，小雯同學稱取該樣品5.6g加入到盛有100g足量稀鹽酸的燒杯中，完全反應后稱得燒杯中的溶液質量為103.4g．求該純堿樣品中碳酸鈉的質量分數．

Answer 1

解：（1）NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃的特點是“多變一”，符合化合反應的定義和特點，為化合反應．
（2）①降溫使硫酸鈉從粗鹽水中析出，說明硫酸鈉的溶解度隨溫度的降低而減小，且受溫度變化影響較明顯．
②堿是由金屬離子和氫氧根離子構成的，含鈣元素的堿為氫氧化鈣，化學式為：Ca（OH）₂；在硫酸鈉、氯化鈣、氯化鎂和氫氧化鈣四種物質中，只有氯化鎂和氫氧化鈣能發生反應生成氫氧化鎂沉淀和氯化鈣，方程式為：Ca（OH）₂+MgCl₂═Ma（OH）₂↓+CaCl₂．
③“精制II”操作中，加入B鹽的作用是除去過量的氫氧化鈣和氯化鈣的，可通過沉淀法除去，為了保證不生成新雜質，應加入碳酸鈉，有關反應方程式為：CaCl₂+Na₂CO₃═2NaCl+CaCO₃↓；Ca（OH）₂+Na₂CO₃═2NaOH+CaCO₃↓．
④檢驗溶液中B鹽是否過量，實際上就是檢驗碳酸鈉的存在，方法為：案一：取“精制II”過濾后的濾液少許于試管中，滴入氯化鈣溶液，觀察，如產生白色沉淀，則碳酸鈉已過量．方案二：取“精制II”過濾后的濾液少許于試管中，滴入稀鹽酸，觀察，如產生氣泡，則碳酸鈉已過量．
⑤食鹽與NH₄HCO₃反應是復分解反應，根據反應特點“兩交換，價不變”判斷，產物是氯化銨和碳酸氫鈉，碳酸氫鈉的溶解度較小，易結晶析出，可視為沉淀，所以方程式為：NH₄HCO₃+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（4）解：生成二氧化碳的質量為100g+5.6g-103.4g=2.2g
設樣品中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O
106 44
x 2.2g
=
x=5.3g
則該純堿樣品中碳酸鈉的質量分數為
×100%=94.6%
答：所求樣品中碳酸鈉的質量分數為94.6%．
故答案為：（1）化合；
（2）①大；
②Ca（OH）₂；Ca（OH）₂+MgCl₂═Ma（OH）₂↓+CaCl₂；
③CaCl₂+Na₂CO₃═2NaCl+CaCO₃↓；Ca（OH）₂+Na₂CO₃═2NaOH+CaCO₃↓；
④方案一：取“精制II”過濾后的濾液少許于試管中，滴入氯化鈣溶液，觀察，如產生白色沉淀，則碳酸鈉已過量．
方案二：取“精制II”過濾后的濾液少許于試管中，滴入稀鹽酸，觀察，如產生氣泡，則碳酸鈉已過量．（其他合理答案也可）
⑤NH₄HCO₃+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（4）解：生成二氧化碳的質量為100g+5.6g-103.4g=2.2g
設樣品中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O
106 44
x 2.2g
=
x=5.3g
則該純堿樣品中碳酸鈉的質量分數為
×100%=94.6%
答：所求樣品中碳酸鈉的質量分數為94.6%．
分析：（1）根據化合反應的定義和特點回答．
（2）①根據硫酸鈉的溶解度受溫度影響的情況回答．
②根據堿的組成回答前一空；根據“精制I”操作中涉及的物質硫酸鈉、氯化鈣、氯化鎂和氫氧化鈣的性質回答發生的反應．
③根據碳酸鈉、氫氧化鈣和氯化鈣的化學性質及除雜的原則回答．
④根據碳酸鈉的化學性質和檢驗方法回答．
⑤根據第二步食鹽與NH₄HCO₃反應是復分解反應，以及碳酸氫鈉的溶解度較小的信息書寫方程式．
（4）本題發生的反應為Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O，根據質量守恒定律計算出反應生成的二氧化碳的質量，再根據二氧化碳的質量和化學方程式計算純堿樣品中碳酸鈉的質量，最后求該純堿樣品中碳酸鈉的質量分數．
點評：學來源于生產、生活，又服務于生產、生活，氨堿工業是初中化學重要的應用之一，是考查重點，常涉及化學方程式的書寫，二氧化碳和氨氣通入的順序及原因，反應時析出碳酸氫鈉的原因與物質溶解度的關系等重點內容．