Question

（2013?浦東新區(qū)三模）氨氣是化學(xué)工業(yè)上應(yīng)用非常廣泛的物質(zhì)．下面僅是它在兩方面的重要用途．
“侯氏制堿法”的發(fā)明為振興中國(guó)化工工業(yè)做出了重要貢獻(xiàn)．制堿法的第一步反應(yīng)是向飽和氨化鹽水中通入二氧化碳，該反應(yīng)可表示為：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O→NaHCO₃↓+NH₄Cl

	NaCl	NaHCO3	NH4Cl
10℃	35.8	8.15	33.0
45℃	37.0	14.0	50.0

現(xiàn)在45℃時(shí)，取117g食鹽配制成飽和溶液，向其中通入適量氨氣后，再向其中通入二氧化碳，使反應(yīng)進(jìn)行完全．試計(jì)算并回答下列問(wèn)題（計(jì)算結(jié)果取三位有效數(shù)字）（有關(guān)物質(zhì)的溶解度數(shù)據(jù)如右表，單位：g/100g水）．
（1）117g食鹽理論上可以制取純堿

106

g；
（2）45℃反應(yīng)完畢后，有晶體析出；溶液中剩余水

280

g，析出晶體的質(zhì)量

129g

g．
（3）過(guò)濾除去析出的晶體后再降溫至10℃，又有晶體析出，計(jì)算所析出晶體的質(zhì)量共

30.8

克
工業(yè)制硝酸也是氨氣重要用途之一，反應(yīng)如下：
4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O  2NO+O₂→2NO₂    3NO₂+H₂O→2HNO₃+NO
將a mol的NH₃與b mol的O₂混合后，充入一密閉容器，在Pt存在下升溫至700℃，充分反應(yīng)后，冷卻至室溫．
（4）請(qǐng)討論b∕a的取值范圍及與之對(duì)應(yīng)的溶液的溶質(zhì)及其物質(zhì)的量，將結(jié)果填于下表中：

b∕a的取值范圍	溶質(zhì)	溶質(zhì)物質(zhì)的量
0＜b∕a＜5∕4	NH3	（a-4b∕5）mol
b a = 5 4	--	--
5∕4＜b∕a＜2	HNO3	（4b-5a）∕3mol
b∕a≥2	HNO3	amol

Answer 1

分析：（1）根據(jù)反應(yīng)的方程式NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl，2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O計(jì)算生成Na₂CO₃的質(zhì)量；
（2）根據(jù)溶解度計(jì)算出需要的水的質(zhì)量，減去反應(yīng)的水的質(zhì)量，最終計(jì)算出剩余水的質(zhì)量；根據(jù)反應(yīng)的方程式計(jì)算生成NaHCO₃的質(zhì)量，結(jié)合溶解度計(jì)算析出晶體的質(zhì)量；
（3）根據(jù)水的質(zhì)量，結(jié)合各物質(zhì)的溶解度判斷析出晶體并計(jì)算質(zhì)量；
（4）根據(jù)極限法進(jìn)行分析：0＜b∕a＜5∕4，氧氣不足，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后分析溶質(zhì)和其物質(zhì)的量；
b∕a=5∕4，恰好反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不與水反應(yīng)；
5∕4＜b∕a＜2，先發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，然后發(fā)生反應(yīng)：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，然后分析溶質(zhì)和其物質(zhì)的量；
b∕a≥2  發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂過(guò)量，然后分析溶質(zhì)和其物質(zhì)的量；

解答：解：（1）117g食鹽的物質(zhì)的量為n（NaCl）=

117g

58.5g/mol

=2mol，
則NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl
  1            1     1
  2mol        2mol  2mol
2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
  2           1
 2mol         1mol
n（Na₂CO₃）=1mol，
m（Na₂CO₃）=1mol×106g/mol=106g，故答案為：106；
（2）取117g食鹽配制成飽和溶液，需要水的質(zhì)量為：

117g×100

37.0

=316g，反應(yīng)掉水的質(zhì)量為2mol×18g/mol=36g，溶液中剩余水的質(zhì)量為：316g-36g=280g，
由（1）得：m（NaHCO₃）=2mol×84g/mol=168g，此時(shí)，溶液中水的質(zhì)量為280g，溶解NaHCO₃的質(zhì)量為

280

100

×14g≈39.0g，所以析出的質(zhì)量為168g-39g=129g，
故答案為：280g；129；
（3）由（1）可知水的質(zhì)量為280g，則過(guò)濾除去晶體后再降溫至10℃，溶解NaHCO₃的質(zhì)量為8.15g×

280

100

=22.8g，析出NaHCO₃的質(zhì)量為39.0-22.8=16.2g，
生成的NH₄Cl質(zhì)量為2mol×53.5g/mol=107g，溶液溶解的NH₄Cl質(zhì)量為33.0g×

280

100

=92.4g，析出的NH₄Cl質(zhì)量為107g-92.4g=14.6g，
所以析出的物質(zhì)的為NH₄Cl和NaHCO₃，總質(zhì)量為16.2g+14.6g=30.8g，
故答案為：30.8．
（4）根據(jù)極限法進(jìn)行分析：0＜b∕a＜5∕4，O₂不足，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，溶質(zhì)為NH₃，參加反應(yīng)的NH₃的物質(zhì)的量為：

4b

5

mol，剩余的NH₃的物質(zhì)的量為：（a-

4b

5

）mol   
b∕a=5∕4，恰好反應(yīng)，發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，NO不溶于水，也不與水反應(yīng)，所以溶液中無(wú)溶質(zhì)，
5∕4＜b∕a＜2，先發(fā)生4NH₃+5O₂=4NO+6H₂O，生成NOamol，消耗O₂為：

5

4

amol，然后發(fā)生反應(yīng)：4NO+3O₂+2H₂O→4HNO₃，O₂不足，溶質(zhì)為HNO₃，參加反應(yīng)的氧氣的物質(zhì)的量bmol-

5

4

amol，生成的HNO₃為（bmol-

5

4

amol）×

4

3

=

4b-5a

3

mol，
b∕a≥2  發(fā)生反應(yīng)：4NH₃+8O₂=4HNO₃+4H₂O，O₂過(guò)量，溶質(zhì)為HNO₃，其物質(zhì)的量為amol；
故答案為：

b∕a的取值范圍	溶質(zhì)	溶質(zhì)物質(zhì)的量
0＜b∕a＜5∕4	NH3	（a- 4b 5 ）mol
b∕a=5∕4	/	/
5∕4＜b∕a＜2	HNO3	4b-5a 3 mol
b∕a≥2	HNO3	amol

點(diǎn)評(píng)：本題考查純堿的制備和計(jì)算，以及極限法進(jìn)的運(yùn)用，題目難度較大，注意有關(guān)溶解度計(jì)算的方法．