Question

純堿是主要的化工原料，化學家發明了其不同的工業制法，其中法國化學家尼古拉斯·勒布朗早在1791年發明的工業合成碳酸鈉的方法，簡稱勒布朗制堿法。該方法包括以下兩個階段：首先從原料氯化鈉與濃硫酸在高溫下的反應得到中間產物硫酸鈉，然后通過硫酸鈉與木炭和碳酸鈣的反應來得到碳酸鈉。各步驟反應的化學方程式如下：
2NaCl＋H₂SO₄   Na₂SO₄＋2HCl↑
Na₂SO₄＋2C Na₂S＋2CO₂↑
Na₂S＋CaCO₃Na₂CO₃＋CaS
完成下列計算（計算過程保留3位有效數字）
（1）假設每一步反應物的量足夠，反應完全，理論上每獲得1kg純度為80%的純堿需要氯化鈉的的質量是_________kg。
（2）步驟②碳單質過量時也同樣可以反應獲得Na₂S，此時所發生的反應的化學方程式是___________________________________。若其它條件不變，步驟②按此反應進行，每獲得1kg純度為80%的純堿需要氯化鈉的的質量是__________kg，此時消耗碳單質的量是原步驟②反應用碳量的____倍。
（3）通過定性分析，勒布朗制堿法獲得的純堿含有雜質CaCO₃和CaS，為了測定產品純度，取10g樣品與稀硝酸反應，硫元素全部轉化成淡黃色固體，稱量其質量為0.16g，另取10g樣品與稀鹽酸反應，得到氣體（忽略氣體在水中的溶解），折算為標況下，體積為2.162L，計算求出該產品中Na₂CO₃的純度。
（4）若除氯化鈉和碳單質的量外，其它反應物足量，反應充分， 如果加入amol氯化鈉時，生成的Na₂CO₃為yg，電子轉移數為zmol，討論分析當氯化鈉與碳的物質的量之比x的值不同時，用函數式表示y和z的值是多少。

x	y	z

 

Answer 1

（1）0.883（2分）
（2）Na₂SO₄+4C  Na₂S + 4CO↑, 0.883 , 2 (1分+1分+分)
（3）86.6% （5分）
（4）（每空1分）

x	y	z
x＞1	53a/x	4a/x
x≤1	53a	4a

 

解析試題分析：（1）根據Na元素守恒可得對應關系：2NaCl ~ Na₂CO₃，m(NaCl)=1kg×80%×117÷106=0.883kg。
（2）過量的C生成CO。配平可得化學方程式；Na元素守恒，需要的NaCl的質量不變，仍然是0.883kg；對比化學方程式，可知C的用量為原來的2倍。
（3）CaS的物質的量等于S，m(CaS)=0.16g÷32g/mol×72g/mol=0.36g，CaCO₃、Na₂CO₃的質量和=10g-0.36g=9.64g，CaCO₃、Na₂CO₃的物質的量和等于CO₂的物質的量，m(CaCO₃)="2.162L÷22.4L/mol" — 0.16g÷32g/mol =0.092mol，則m(Na₂CO₃)÷106g/mol +【9.64g—m(Na₂CO₃)】÷110g/mol=0.092mol，得m(Na₂CO₃)=8.86g，進而得Na₂CO₃的純度為86.6%。
（4）x≤1，C足量，根據2NaCl ~ Na₂CO₃，m(Na₂CO₃)= a÷2×106=53a，只有反應②為氧化還原反應，S元素由+4價變為0價，所以轉移電子物質的量為4a；x＞1時，C不足，應根據C的物質的量進行計算，n(C)= a/xmol，m(Na₂CO₃)= ax÷2×106=53a/x，轉移電子物質的量為4a/x。
考點：本題考查化學計算、化學方程式的書寫。