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：
Ⅰ．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
Ⅱ、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
Ⅲ、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(yōu)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(huán)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．

 

（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

考點：純堿工業(yè)（侯氏制堿法）

專題：幾種重要的金屬及其化合物

分析：（1）布蘭制堿法與其它兩種制堿法工藝相比生產時需要高溫消耗能源，需硫酸，硫酸具有腐蝕性，中間產物為CaS，廢棄物長期堆積臭氣四溢；
（2）氨堿法生產純堿的化學反應原理是以食鹽（氯化鈉）、石灰石（經煅燒生成生石灰和二氧化碳）、氨氣為原料來制取純堿，循環(huán)利用的物質是既為反應原料液可為產物為二氧化碳，NH₄Cl與生石灰反應生成氯化鈣氨氣和水；
（3）候氏制堿法是以食鹽、氨和二氧化碳（其中二氧化碳來自合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣）為原料來制取純堿；
（4）氨鹽水顯堿性，容易吸收二氧化碳；NH₃極易溶于水且溶液呈弱堿性，再通入CO₂使之更多地轉化為HCO₃^-；
（5）根據碳酸氫鈉受熱易分解和碳酸鈉受熱穩(wěn)定的性質來回答．

解答： 解：（1）布蘭制堿法用氯化鈉與硫酸反應制硫酸鈉，用焦炭還原硫酸鈉得硫化鈉，用硫化鈉與石灰石反應制碳酸鈉，原料需硫酸，硫酸具有腐蝕性，硫酸對設備腐蝕嚴重，生產時需要高溫消耗能源成本較高，中間產物為CaS，廢棄物長期堆積臭氣四溢，
故答案為：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；
（2）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，第③步生成的二氧化碳可作為第①步的生產原料，可循環(huán)利用，NH₄Cl與生石灰反應2NH₄Cl+CaO=2NH₃↑+CaCl₂+H₂O，
故答案為：CO₂；2NH₄Cl+CaO=2NH₃↑+CaCl₂+H₂O；
（3）侯氏制堿法，也稱為聯(lián)合制堿法，化學反應原理是用氨氣和二氧化碳與氯化鈉飽和溶液反應生成碳酸氫鈉，然后加熱碳酸氫鈉制取碳酸鈉，反應方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（4）因為飽和氨鹽水顯堿性，比飽和食鹽水更容易吸收二氧化碳，所以在用氨堿法生產純堿過程中，要先向飽和食鹽水中通入氨氣，制成飽和氨鹽水，再向其中通入二氧化碳，
故答案為：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；
（5）m₁表示加熱前純堿樣品的質量，m₂表示加熱后固體的質量，則加熱損失的質量為：m₁-m₂，故純堿中含有的碳酸氫鈉的質量分數為

84(m1-m2)

31m1

，
故答案為：

84(m1-m2)

31m1

．

點評：本題是一道有關工業(yè)制純堿知識的一道綜合實驗題目，考查學生分析和解決問題的能力，掌握三種制堿法的原理是解題的關鍵，題目難度中等．