Question

13．我國化學(xué)家侯德榜改進(jìn)國外的純堿生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)流程可簡要表示如圖1：

（1）寫出上述流程中循環(huán)Ⅱ物質(zhì)X的電子式，沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式為：CO₂+NH₃+NaCl+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（2）向母液中通入氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，則副產(chǎn)品為NH₄Cl．
（3）流程中設(shè)計了Ⅰ循環(huán)的目的是提高原料氯化鈉的利用率．
（4）用離子方程式表示Na₂CO₃溶液呈堿性的原因CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-．
（5）在Na₂CO₃溶液中存在多種粒子，下列各粒子濃度關(guān)系正確的是BC（填序號）．
A．c（Na⁺）=2c（CO₃^2-）              B．c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（HCO₃^-）
C．c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）     D．c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）
（6）某同學(xué)設(shè)計的測定樣品中碳酸鈉含量的方法如圖2．設(shè)滴定管的起始讀數(shù)為V₁ mL，終點讀數(shù)為V₂ mL，注射器測定排出的氣體為V₃ mL（已轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)狀況），稱得樣品質(zhì)量為m g，則原樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為$106×\frac{{V}_{3}-（{V}_{2}-{V}_{1}）}{22400m}×100%$（用含V₁、V₂、V₃、m的代數(shù)式表示，反應(yīng)前后溶液密度的變化忽略不計）．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳是反應(yīng)的原料同時也是反應(yīng)的副產(chǎn)物，可以循環(huán)利用，結(jié)合流程圖可知上述流程中循環(huán)Ⅱ物質(zhì)X是二氧化碳，二氧化碳中存在兩個碳氧雙鍵；發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體；
（2）根據(jù)反應(yīng)方程式確定母液中的溶質(zhì)，根據(jù)氨氣溶于水后生成氨水，氨水電離成銨根，增大銨根的濃度有利于氯化銨的析出來分析；
（3）提高原料的利用率，可以用循環(huán)使用的方法；
（4）碳酸鈉為強堿弱酸鹽，碳酸根離子水解導(dǎo)致溶液呈堿性；
（5）Na₂CO₃在溶液中電離水解：Na₂CO₃ =2Na⁺+CO₃^2-；CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；H₂O?H⁺+OH^-結(jié)合物料守恒、電荷守恒解答；
（6）找出二氧化碳的體積，根據(jù)碳守恒計算出碳酸鈉的物質(zhì)的量，根據(jù)m=nM計算碳酸鈉的質(zhì)量，即可求出碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：（1）由于在聯(lián)合制堿法中二氧化碳是反應(yīng)的原料同時也是反應(yīng)的副產(chǎn)物，可以循環(huán)利用，所以上述流程中循環(huán)Ⅱ物質(zhì)X是二氧化碳，二氧化碳為直線型結(jié)構(gòu)，分子中存在兩個碳氧雙鍵，二氧化碳的電子式為：；沉淀池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為飽和食鹽水中通入氨氣和二氧化碳析出碳酸氫鈉晶體，反應(yīng)方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，
故答案為：；NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（2）根據(jù)NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓及流程圖知，母液中溶質(zhì)為氯化銨，向母液中通氨氣加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品，通入的氨氣和水反應(yīng)生成一水合氨，一水合氨電離出銨根離子，銨根離子濃度增大有利于析出氯化銨，
故答案為：NH₄Cl；
（3）循環(huán)Ⅰ是將未反應(yīng)的氯化鈉返回沉淀池中，提高原料氯化鈉的利用率，
故答案為：提高原料氯化鈉的利用率；
（4）碳酸鈉為強堿弱酸鹽，鈉離子不水解、碳酸根離子水解導(dǎo)致溶液呈堿性，水解離子方程式為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；
（5）A．Na₂CO₃ =2Na⁺+CO₃^2-，但碳酸根離子水解，故離子濃度大小關(guān)系為：c（Na⁺）＞2c（CO₃^2-），故A錯誤；
B．由于鹽類的水解程度很小，且溶液中存在兩步水解：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，以第一步水解為主，故離子濃度大小關(guān)系為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故B正確；
C．碳酸根離子水解生成碳酸氫根離子和氫氧根離子，溶液顯堿性，c（OH^-）＞c（H⁺），溶液中存在兩步水解：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，以第一步水解為主，所以c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故C正確；
D．Na₂CO₃本身不含氫離子和氫氧根，故溶液中所有的氫原子和氫氧根均來自于水且相等，由于CO₃^2-水解后的存在形式為CO₃^2-、HCO₃^-、H₂CO₃，故有：c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）=c（OH^-），即：c（OH^-）-c（H⁺）=c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故D錯誤；
故答案為：BC；
（6）鹽酸排出的空氣的體積是（V₂-V₁）mL，產(chǎn)生的二氧化碳的體積是V₃-（V₂-V₁），根據(jù)碳原子守恒，碳酸鈉的物質(zhì)的量是：$\frac{V_{3}-（V_{2}-V_{1}）}{22400}$mol，原樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$106×\frac{{V}_{3}-（{V}_{2}-{V}_{1}）}{22400m}×100%$，
故答案為：106×$\frac{V3-（V2-V1）}{22400m}$×100%．

點評 本題考查了侯氏制堿法反應(yīng)原理及碳酸鈉含量的測定，涉及了化學(xué)方程式的書寫、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算等知識，內(nèi)容較多，注意（5）根據(jù)物料守恒、電荷守恒解答為高頻考點，題目難度中等．