《2025年天星教育试题调研化学第9辑》

纯碱的用途很广，可用作冶金、纺织、漂染等工业的基本原料。我国化工专家侯德榜对氨碱法进行了改进，将氨碱法制取碳酸钠和合成氨联合起来，创设了“联合制碱法”。生产流程如图所示。

已知20℃时，几种盐在水中的溶解度如表所示。

请回答下列问题：
(1)该生产流程中可循环利用的物质有4.2%(结果精确到0.1%)。若产品中含有少量小苏打杂质，则测定结果不变(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
命题依据
本题以人教版必修第一册P40科学史话栏目中“侯德榜和侯氏制碱法”为情境，将工艺流程、实验和反应原理深度融合考查，考法新颖。以教材中的特色栏目为载体进行命题，高度契合高考教考衔接的命题趋势，引导考生回归教材，注重教材细节，全面检验考生知识迁移、逻辑推理及解决问题的能力。

答案： 解析
(1)由题给流程图及几种盐的溶解度信息可知，在沉淀池中发生反应NH₃ + CO₂ + H₂O + NaCl = NaHCO₃↓ + NH₄Cl，经过滤分离后，煅烧NaHCO₃得到纯碱和CO₂气体，即循环Ⅰ中循环利用的物质为CO₂；在析出NaHCO₃沉淀后得到的母液中主要含有NaCl、NH₄Cl，经过一系列处理析出NH₄Cl后，循环Ⅱ中循环利用的物质为NaCl。
(2)①装置A是启普发生器，用于制备CO₂，由于盐酸易挥发，生成的CO₂中混有HCl，需要通过装置C中的饱和碳酸氢钠溶液除去HCl；CO₂通入装置B中与饱和氨盐水反应得到碳酸氢钠沉淀和氯化铵，最后连接装置D进行尾气处理，故制备纯碱时装置的连接顺序是a→e→d→b→c→g。
②装置B中U形管内发生反应的化学方程式为NH₃ + CO₂ + H₂O + NaCl = NaHCO₃↓ + NH₄Cl，使用冷水浴是为了增大反应物NH₃、CO₂溶解度，减少气体逸出，提高原料利用率；同时降低产物NaHCO₃溶解度，提高NaHCO₃产率。
③装置B中使用雾化装置的优点是使氨盐水雾化，可增大氨盐水与二氧化碳的接触面积，加快反应速率，从而提高产率。
(3)母液中存在溶解平衡NH₄Cl(s) ⇌ NH₄⁺(aq) + Cl⁻(aq)，通入氨气，c(NH₄⁺)增大；加入食盐细粉，c(Cl⁻)增大；冷却至10℃，NH₄Cl溶解度降低；以上措施可使Q(NH₄Cl) ＞ Ksp(NH₄Cl)，使溶解平衡逆向移动，促使NH₄Cl结晶析出。
(4)因NaHCO₃呈弱碱性，酚酞作指示剂时，滴定反应为Na₂CO₃ + HCl = NaHCO₃ + NaCl，则250mL样品溶液中含有n(Na₂CO₃) = n(HCl) = 0.1000mol·L⁻¹ × 20.00 × 10⁻³L × 250mL / 25.00mL = 0.02mol，故该样品中纯碱的纯度为(0.02mol × 106g·mol⁻¹) / 2.250g × 100% ≈ 94.2%；因滴定过程中NaHCO₃杂质不参与反应，故测定结果不变。
答案
(1)CO₂、NaCl
(2)①a→e→d→b→c→g
②NH₃ + CO₂ + H₂O + NaCl = NaHCO₃↓ + NH₄Cl 增大气体溶解度，减少气体逸出，提高原料利用率；降低NaHCO₃溶解度，提高NaHCO₃产率
③使氨盐水雾化，可增大氨盐水与二氧化碳的接触面积，加快反应速率，从而提高产率
(3)母液中存在溶解平衡NH₄Cl(s) ⇌ NH₄⁺(aq) + Cl⁻(aq)，通入氨气，c(NH₄⁺)增大；加入食盐细粉，c(Cl⁻)增大；冷却至10℃，NH₄Cl溶解度降低；以上措施使Q(NH₄Cl) ＞ Ksp(NH₄Cl)，使溶解平衡逆向移动，促使NH₄Cl结晶析出
(4)94.2% 不变