Question

16．工業(yè)上可用食鹽和石灰石為主要原料，經(jīng)不同的方法生產(chǎn)純堿．請回答下列問題：
（1）盧布蘭芳是以食鹽、石灰石、濃硫酸、焦炭為原料，在高溫下進(jìn)行煅燒，再浸取，結(jié)晶而制得純堿．
①食鹽和濃硫酸反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂；
②硫酸鈉和焦炭、石灰石反應(yīng)的化學(xué)方程式為Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂（已知產(chǎn)物之一為CaS）；
（2）氨堿法的工藝如圖1所示，得到的碳酸氫鈉經(jīng)煅燒生成純堿．
①圖1中的中間產(chǎn)物C是Ca（OH）₂，DNH₃．（寫化學(xué)式）；
②裝置乙中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl；
（3）有人認(rèn)為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石為原料制碳酸鉀．請結(jié)合圖2的溶解度（S）隨溫度變化曲線，分析說明是否可行？不可行，因為KHCO₃的溶解度較大，且在常溫下與KCl溶解度相差小，在銨鹽水碳酸化時無法大量析出．

（4）某工廠用氨制硝酸，再進(jìn)一步制NH₄NO₃．已知由NH₃制HNO₃時產(chǎn)率為88%，由NH₃被HNO₃的吸收率為98%．則該工廠用100噸氨最多能制硝酸銨218噸．（計算結(jié)果保留整數(shù)）

Answer 1

分析 （1）①98%濃硫酸為高沸點酸，能制取低沸點的酸氯化氫，食鹽和濃硫酸反應(yīng)生成氯化氫和硫酸鈉；
②由題目信息可知，硫酸鈉與石灰石、焦炭反應(yīng)生成CaS、Na₂CO₃，根據(jù)元素守恒可知，還原C的氧化物CO或CO₂生成；
（2）①碳酸鈣加熱分解生成CaO與CO₂，故A為CaO，B為CO₂，CaO在熟化桶內(nèi)與水反應(yīng)生成氫氧化鈣；氫氧化鈣與氯化銨在混合池內(nèi)反應(yīng)生成氨氣與氯化鈣；
②氨氣與氯化鈉溶液混合后，在乙中與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成NaHCO₃、NH₄Cl；
（3）KHCO₃和NH₄Cl的溶解度相差不大，當(dāng)溫度高于40℃時，KHCO₃的溶解度大于NH₄Cl，降溫結(jié)晶時會析出較多的KCl；
（4）設(shè)出制備出的硝酸銨的物質(zhì)的量為xmol，然后根據(jù)在反應(yīng)過程中的損耗，將NH₄NO₃時所需的NH₃的物質(zhì)的量和制備HNO₃時所需的NH₃的分別表示出，質(zhì)量共為100t，據(jù)此進(jìn)行求算．

解答 解：（1）①利用高沸點酸制備揮發(fā)性酸，且HCl極易溶于水，故利用直接使用98%濃硫酸和氯化鈉制取氯化氫，反應(yīng)為：NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑，
故答案為：NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（濃） $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑；
②由題目信息可知，硫酸鈉與石灰石、焦炭反應(yīng)生成CaS、Na₂CO₃，根據(jù)元素守恒可知，還原C的氧化物CO或CO₂生成，故反應(yīng)方程式為：Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂，
故答案為：Na₂SO₄+4C+CaCO₃$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+4CO或Na₂SO₄+2C+CaCO₃ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$CaS+Na₂CO₃+2CO₂；
（2）①碳酸鈣加熱分解生成CaO與CO₂，故A為CaO，B為CO₂，CaO在熟化桶內(nèi)與水反應(yīng)生成氫氧化鈣，故C為Ca（OH）₂；氫氧化鈣與氯化銨在混合池內(nèi)反應(yīng)生成氨氣與氯化鈣，故D為NH₃，
故答案為：Ca（OH）₂；NH₃；
②氨氣與氯化鈉溶液混合后，在乙中與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)，生成NaHCO₃、NH₄Cl，反應(yīng)方程式為：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（3）由溶解曲線圖可知KHCO₃和NH₄Cl的溶解度相差不大，當(dāng)溫度高于40℃時，由圖象可知，降溫結(jié)晶時會析出較多的KCl，無法大量析出碳酸氫鉀，所以該方法不可行，
故答案為：不可行，因為KHCO₃的溶解度較大，且在常溫下與KCl溶解度相差小，在銨鹽水碳酸化時無法大量析出；
（4）設(shè)制備出的NH₄NO₃的物質(zhì)的量為xmol，
根據(jù)反應(yīng)NH₃+HNO₃=NH₄NO₃可知：NH₃～NH₄NO₃，由于NH₃被HNO₃的吸收率為98%，故在此反應(yīng)中所需的NH₃的物質(zhì)的量為：$\frac{x}{98%}$=1.02xmol；
同時據(jù)反應(yīng)可知：NH₃～HNO₃～NH₄NO₃，而由NH₃制HNO₃時產(chǎn)率為88%，故生成xmolNH₄NO₃，需要的制備硝酸的NH₃的物質(zhì)的量為：$\frac{x}{88%}$=1.136xmol，
即制得xmolNH₄NO₃所需的氨氣的物質(zhì)的量為：（1.02x+1.136x）mol，
根據(jù)氨氣的質(zhì)量為100t即10⁸g可得：（1.02x+1.136x）mol×17g/mol=10⁸g，
解得：x=2728364.07mol，
NH₄NO₃的質(zhì)量為：m=nM=2728364.07mol×80g/mol≈218t，
故答案為：218．

點評 本題考查制堿法的工藝的流程，題目難度中等，明確制備流程及反應(yīng)原理為解答關(guān)鍵，注意根據(jù)物質(zhì)的主要性質(zhì)分析工藝裝置、反應(yīng)原理，試題充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實驗?zāi)芰Γ?/p>