Question

4．工業上可用食鹽和石灰石為主要原料，經不同的方法生產純堿．請回答下列問題：
（1）路布蘭法是以食鹽、石灰石、濃硫酸、焦炭為原料，在高溫下進行煅燒，再浸取、結晶而制得純堿．
①食鹽和濃硫酸反應的化學方程式為NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑；
②硫酸鈉和焦炭、石灰石反應的化學方程式為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，得到的碳酸氫鈉經煅燒生成純堿．

①圖中的中間產物C是Ca（OH）₂，D是NH₃（寫化學式）；
②裝置乙中發生反應的化學方程式為NaCl+NH₃+H₂O+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（3）聯合制堿法是對氨堿法的改進，其優點是提高食鹽利用率、副產物氯化銨可用作化肥、可利用合成氨的產物CO₂；
（4）有人認為碳酸氫鉀與碳酸氫鈉的化學性質相似，故也可用氨堿法以氯化鉀和石灰石等為原料制碳酸鉀．請結合如圖2的溶解度（S）隨溫度變化曲線，分析說明是否可行？不可行，碳酸氫鉀的溶解度較大，降溫過程中不會析出碳酸氫鉀晶體．

Answer 1

分析 本題是探究工業上可用食鹽和石灰石為主要原料，經不同的方法生產純堿，可結合流程進行分析；
（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、焦炭反應生成CaS、Na₂CO₃，根據元素守恒可知，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在熟化桶內與水反應生成氫氧化鈣；氫氧化鈣與氯化銨在混合池內反應生成氨氣與氯化鈣；
②氨氣與氯化鈉溶液混合后，在乙中與二氧化碳發生反應，生成NaHCO₃、NH₄Cl；
（3）能提高原料的利用率，減少廢渣的排放，保留了氨堿法的優點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高； NH₄Cl 可做氮肥；可與合成氨廠聯合，可利用合成氨的產物CO₂；
（4）不可行．因為KHCO₃和NH₄Cl的溶解度相差不大，當溫度高于40℃時，KHCO₃的溶解度大于NH₄Cl，降溫結晶時會析出較多的KCl．

解答 解：（1）①利用高沸點酸制備揮發性酸，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，反應為：NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑，故答案為：NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$NaHSO₄+HCl↑或2NaCl+H₂SO₄（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Na₂SO₄+2HCl↑；
②由題目信息可知，硫酸鈉與石灰石、焦炭反應生成CaS、Na₂CO₃，根據元素守恒可知，還原C的氧化物CO或CO₂生成，故反應方程式為：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在熟化桶內與水反應生成氫氧化鈣，故C為Ca（OH）₂；氫氧化鈣與氯化銨在混合池內反應生成氨氣與氯化鈣，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生反應，生成NaHCO₃、NH₄Cl，反應方程式為NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl，
故答案為：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl；
（3）該方法能提高原料的利用率，減少廢渣的排放，保留了氨堿法的優點，消除了它的缺點，使食鹽的利用率提高；NH₄Cl 可做氮肥；可與合成氨廠聯合，可利用合成氨的產物CO₂，
故答案為：提高食鹽利用率、副產物氯化銨可用作化肥、可利用合成氨的產物CO₂；
（4）由溶解曲線圖可知KHCO₃和NH₄Cl的溶解度相差不大，當溫度高于40℃時，由圖象可知，降溫結晶時會析出較多的KCl，無法大量析出碳酸氫鉀；
故答案為：不可行； 碳酸氫鉀的溶解度較大，降溫過程中不會析出碳酸氫鉀晶體．

點評 本題考查制堿法的工藝的流程，需要學生細讀生產工藝圖中各物質的變化進行解答，注意根據物質的主要性質分析工業裝置和反應原理，題目難度中等．