Question

純堿（化學式為Na₂CO₃）是一種重要的化工原料。現代化工生產有三種工藝：
一、布蘭制堿法。以食鹽為原料制堿，該法分三步：
①用氯化鈉與硫酸反應制硫酸鈉：2NaCl+H₂SO₄=Na₂SO₄+2HCl；
②用焦炭還原硫酸鈉得硫化鈉：Na₂SO₄+4C=Na₂S+4CO↑
③用硫化鈉與石灰石反應制碳酸鈉：Na₂S+CaCO₃=Na₂CO₃+CaS
二、氨堿法即索爾維制堿法。以食鹽、氨、二氧化碳為原料，其反應也分三步進行：
①NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃
②NH₄HCO₃+NaCl=NaHCO₃+NH₄Cl
③2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
三、候氏制堿法。低溫下先向飽和食鹽水中通入氨氣，再通入二氧化碳可析出碳酸氫鈉，再加入細鹽末，因同離子效應，低溫氯化銨溶解度突然降低，而食鹽的溶解度變化不大，所以氯化銨析出而食鹽不析出；再用氨飽和后通二氧化碳，結果往返析出NaHCO₃和NH₄Cl。該法生產的純堿質量優良，純白如雪。
（1）通過三種方法的比較，布蘭制堿法工藝的缺點有                                           (寫兩點)。
（2）氨堿法工藝的中循環利用的物質是        (填化學式)；產品的副產物NH₄Cl既可以做氮肥又可以重新生成氨氣。寫出NH₄Cl與生石灰反應的化學方程式          。
（3）候氏制堿法反應的方程式為                                           。
（4）為什么候氏制堿法工藝中先向飽和食鹽水中通入氨氣，再通入二氧化碳。理由是                                                     (寫兩點)。
（5）候氏制堿法產品純堿中含有碳酸氫鈉。如果用加熱分解的方法測定純堿中碳酸氫鈉的質量分數，用m₁表示加熱前純堿樣品的質量，m₂表示加熱后固體的質量。則純堿中碳酸氫鈉的質量分數可表示為：                          。

Answer 1

（1）生產時需要高溫；硫酸對設備腐蝕嚴重；CaS廢棄物長期堆積臭氣四溢；成本較高。(4分，答出以上任意兩點各2分，其他合理答案均給分)
（2）CO₂(1分)    2NH₄Cl+CaO 2NH₃↑+CaCl₂+H₂O(2分)
（3）NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl(2分)
（4）CO₂在水中的溶解度較小，吸收率低；后通入CO₂保證全部生成NaHCO₃(4分，答出以上任意兩點各2分，其他合理答案均給分)
（5）(2分)

試題分析：（1）布蘭制堿法工藝的缺點有焦炭還原硫酸鈉時需要高溫；硫酸對設備腐蝕嚴重；CaS廢棄物長期堆積臭氣四溢；成本較高等；
（2）從化學方程式中得出氨堿法工藝的中循環利用的物質是CO₂；氯化銨與生石灰反應生成氨氣、氯化鈣、水，化學方程式為2NH₄Cl+CaO 2NH₃↑+CaCl₂+H₂O；
（3）候氏制堿法的原理是向飽和食鹽水中通入氨氣，再通入二氧化碳可析出碳酸氫鈉，所以化學方程式為NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl ；
（4）因為二氧化碳在水中的溶解度較小，不易生成碳酸氫鈉，所以先通入氨氣，使溶液呈堿性，再通入二氧化碳可增大二氧化碳的吸收量從而生產碳酸氫鈉；
（5）碳酸氫鈉受熱易分解，生成碳酸鈉、水和二氧化碳，最終該固體為碳酸鈉，所以質量減輕（m₁-m₂）g，每消耗168g碳酸氫鈉，固體質量減輕62g，所以固體中碳酸氫鈉的質量是168（m₁-m₂）/62g,所以樣品中碳酸氫鈉的質量分數是168（m₁-m₂）/62/m=。