Question

碳酸钠是重要的化工原料。吕布兰、索尔维和侯德榜为它的工业化生产作出了巨大贡献。

Ⅰ、吕布兰法：1789年，法国医生吕布兰(N. Leblanc, 1742 -1806)以食盐、浓硫酸、木炭和石灰石为原料，开创了规模化工业制取碳酸钠的先河，具体流程如图：

（1）在高温条件下，②中发生两步反应，其中一步是Na₂SO₄和木炭生成Na₂S和CO，该反应的化学方程式为____；

（2）③中”水浸”时通常需要搅拌，其目的是____；

（3）吕布兰法有明显不足，不断有科学家进行改进，请写出该法不足之处__（一处即可）。

II、索尔维法: 1892 年，比利时工程师索尔维发明氨碱法制碳酸钠，又称索尔维法。原理如下:

          

某兴趣小组采用下列装置模拟索尔维法制备碳酸氢钠，进而制得碳酸钠。实验操作如下:

①关闭K₁，打开K₂，通入NH₃，调节气流速率，待其稳定后，打开K₁通入CO₂；

②三颈烧瓶内出现较多固体时，关闭K₂停止通NH₃，一段时间后，关闭 K₁停止通CO₂；

③将三颈烧瓶内的反应混合物过滤、洗涤、低温干燥，并将所得固体置于敞口容器中加热，记录剩余固体质量。

加热时间/min	t0	t1	t2	t3	t4	t5
剩余固体质量/g	未记录	15.3	13.7	11.9	10.6	10.6

请回答下列问题:

（4）三颈烧瓶上连接的长颈漏斗的主要作用是_______，有同学认为应该在长颈漏斗内放置一团蘸有酸液的棉花，理由是______；关闭K₂停止通NH₃后，还要继续通CO₂一段时间，其目的是_______；

（5）根据实验记录，计算t₂时NaHCO₃固体的分解率为______( 已分解的NaHCO₃质量与加热前原NaHCO₃质量的比值)。

Answer

加快碳酸钠的溶解速度 产生有毒的一氧化碳气体，污染环境（或者高能耗等其他合理答案） 平衡压强 吸收过量的氨气 使氨气、氯化钠等充分反应 50%

【解析】

I、吕布兰法：向氯化钠固体中加入浓硫酸并加热，得到氯化氢气体和硫酸钠溶液，再向硫酸钠溶液中加入木炭和石灰石，高温加热，硫酸钠和木炭反应生成硫化钠和一氧化碳，硫化钠再和碳酸钙反应生成硫化钙和碳酸钠，经过水浸得到碳酸钠溶液，再蒸发结晶得到纯碱。

II、①关闭K1，打开K2，通入NH3，调节气流速率，待其稳定后，打开K1通入CO2；氨气、二氧化碳和氯化钠反应即可得到碳酸氢钠晶体，再过滤、洗涤、低温干燥，并将碳酸氢钠晶体置于敞口容器中加热，碳酸氢钠分解生成碳酸钠。

（1）在高温条件下，②中发生两步反应，其中一步是Na2SO4和木炭生成Na2S和CO，该反应的化学方程式为：；

（2）③中”水浸”时通常需要搅拌，目的是加快碳酸钠的溶解速度；

（3）吕布兰法有明显不足，例如会产生有毒的一氧化碳气体，污染环境；

（4）三颈烧瓶上连接的长颈漏斗的主要作用是平衡压强，保证氨气和二氧化碳顺利通入三颈烧瓶；在长颈漏斗内放置一团蘸有酸液的棉花是为了吸收过量的氨气，防止污染空气；关闭K2停止通NH3后，还要继续通 CO2一段时间，使氨气、氯化钠等充分反应；

（5）碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，t5时，固体质量不变，所以固体都是碳酸钠，设起始碳酸氢钠的质量为x

则起始碳酸氢钠的质量为16.8g；t2时，固体质量减少了16.8g-13.7g=3.1g，t5时，固体质量减少了16.8g-10.6g=6.2g，所以t2时固体正好减少了一半，说明碳酸氢钠分解了一半，则碳酸氢钠的分解率为50%。