Question

純堿是主要的化工原料，化學(xué)家發(fā)明了其不同的工業(yè)制法，其中法國(guó)化學(xué)家尼古拉斯·勒布朗早在1791年發(fā)明的工業(yè)合成碳酸鈉的方法，簡(jiǎn)稱(chēng)勒布朗制堿法。該方法包括以下兩個(gè)階段：首先從原料氯化鈉與濃硫酸在高溫下的反應(yīng)得到中間產(chǎn)物硫酸鈉，然后通過(guò)硫酸鈉與木炭和碳酸鈣的反應(yīng)來(lái)得到碳酸鈉。各步驟反應(yīng)的化學(xué)方程式如下：
2NaCl＋H₂SO₄   Na₂SO₄＋2HCl↑
Na₂SO₄＋2C Na₂S＋2CO₂↑
Na₂S＋CaCO₃Na₂CO₃＋CaS
完成下列計(jì)算（計(jì)算過(guò)程保留3位有效數(shù)字）
（1）假設(shè)每一步反應(yīng)物的量足夠，反應(yīng)完全，理論上每獲得1kg純度為80%的純堿需要氯化鈉的的質(zhì)量是_________kg。
（2）步驟②碳單質(zhì)過(guò)量時(shí)也同樣可以反應(yīng)獲得Na₂S，此時(shí)所發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式是___________________________________。若其它條件不變，步驟②按此反應(yīng)進(jìn)行，每獲得1kg純度為80%的純堿需要氯化鈉的的質(zhì)量是__________kg，此時(shí)消耗碳單質(zhì)的量是原步驟②反應(yīng)用碳量的____倍。
（3）通過(guò)定性分析，勒布朗制堿法獲得的純堿含有雜質(zhì)CaCO₃和CaS，為了測(cè)定產(chǎn)品純度，取10g樣品與稀硝酸反應(yīng)，硫元素全部轉(zhuǎn)化成淡黃色固體，稱(chēng)量其質(zhì)量為0.16g，另取10g樣品與稀鹽酸反應(yīng)，得到氣體（忽略氣體在水中的溶解），折算為標(biāo)況下，體積為2.162L，計(jì)算求出該產(chǎn)品中Na₂CO₃的純度。
（4）若除氯化鈉和碳單質(zhì)的量外，其它反應(yīng)物足量，反應(yīng)充分， 如果加入amol氯化鈉時(shí)，生成的Na₂CO₃為yg，電子轉(zhuǎn)移數(shù)為zmol，討論分析當(dāng)氯化鈉與碳的物質(zhì)的量之比x的值不同時(shí)，用函數(shù)式表示y和z的值是多少。

x	y	z

 

Answer 1

（1）0.883（2分）
（2）Na₂SO₄+4C  Na₂S + 4CO↑, 0.883 , 2 (1分+1分+分)
（3）86.6% （5分）
（4）（每空1分）

x	y	z
x＞1	53a/x	4a/x
x≤1	53a	4a

 

試題分析：（1）根據(jù)Na元素守恒可得對(duì)應(yīng)關(guān)系：2NaCl ~ Na₂CO₃，m(NaCl)=1kg×80%×117÷106=0.883kg。
（2）過(guò)量的C生成CO。配平可得化學(xué)方程式；Na元素守恒，需要的NaCl的質(zhì)量不變，仍然是0.883kg；對(duì)比化學(xué)方程式，可知C的用量為原來(lái)的2倍。
（3）CaS的物質(zhì)的量等于S，m(CaS)=0.16g÷32g/mol×72g/mol=0.36g，CaCO₃、Na₂CO₃的質(zhì)量和=10g-0.36g=9.64g，CaCO₃、Na₂CO₃的物質(zhì)的量和等于CO₂的物質(zhì)的量，m(CaCO₃)="2.162L÷22.4L/mol" — 0.16g÷32g/mol =0.092mol，則m(Na₂CO₃)÷106g/mol +【9.64g—m(Na₂CO₃)】÷110g/mol=0.092mol，得m(Na₂CO₃)=8.86g，進(jìn)而得Na₂CO₃的純度為86.6%。
（4）x≤1，C足量，根據(jù)2NaCl ~ Na₂CO₃，m(Na₂CO₃)= a÷2×106=53a，只有反應(yīng)②為氧化還原反應(yīng)，S元素由+4價(jià)變?yōu)?價(jià)，所以轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為4a；x＞1時(shí)，C不足，應(yīng)根據(jù)C的物質(zhì)的量進(jìn)行計(jì)算，n(C)= a/xmol，m(Na₂CO₃)= ax÷2×106=53a/x，轉(zhuǎn)移電子物質(zhì)的量為4a/x。