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問題 2

(a) NaCl 結晶では NaX+\ce{Na+} と ClX−\ce{Cl-} がそれぞれ面心立方格子をなし、イオン半径は r(NaX+)=0.102r(\ce{Na+}) = 0.102 nm、r(ClX−)=0.181r(\ce{Cl-}) = 0.181 nm。単位胞中の NaX+\ce{Na+}, ClX−\ce{Cl-} の数、それぞれの配位数、結晶密度を求めよ。(b) Born\–Haber データ \— ΔfH(NaCl(s))=−411\Delta_fH(\ce{NaCl(s)}) = -411, ΔsubH(Na)=+109\Delta_{sub}H(\ce{Na}) = +109, IE(Na)=+496IE(\ce{Na}) = +496, D(ClX2)=+242D(\ce{Cl2}) = +242, EA(Cl)=−349EA(\ce{Cl}) = -349 kJ mol−1^{-1} \— から生成段階と直接解離 NaCl(s)→NaX+(g)+ClX−(g)\ce{NaCl(s) -> Na+(g) + Cl-(g)} の式を書き、格子生成エンタルピーを計算せよ。(c) Solvay 法は 2 NaCl+CaCOX3→NaX2COX3+CaClX2\ce{2NaCl + CaCO3 -> Na2CO3 + CaCl2} を次の循環で実現する: CaCOX3→ΔA+B\ce{CaCO3 ->[\Delta] A + B}; NaCl+NHX3+B+HX2O→C+D\ce{NaCl + NH3 + B + H2O -> C + D}; 2 C→ΔNaX2COX3+HX2O+B\ce{2C ->[\Delta] Na2CO3 + H2O + B}; A+HX2O→E\ce{A + H2O -> E}; E+2 D→CaClX2+2 HX2O+2 NHX3\ce{E + 2D -> CaCl2 + 2H2O + 2NH3}. 化合物A\–Eを特定せよ。
ステップ 3/3: Solvay 中間体
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直感的な説明

アンモニアは触媒的に再利用される試薬で、NaHCOX3\ce{NaHCO3} の沈殿を駆動し Ca(OH)X2\ce{Ca(OH)2} によって再び放出される。

A=CaO,B=COX2,C=NaHCOX3,D=NHX4Cl,E=Ca(OH)X2A = \ce{CaO},\quad B = \ce{CO2},\quad C = \ce{NaHCO3},\quad D = \ce{NH4Cl},\quad E = \ce{Ca(OH)2}
分析

石灰焼成で CaO\ce{CaO} と COX2\ce{CO2} が得られ、COX2\ce{CO2} と NHX3\ce{NH3} を塩水に通すと NaHCOX3\ce{NaHCO3} が沈殿して NHX4Cl\ce{NH4Cl} が残る。NaHCOX3\ce{NaHCO3} を加熱すると COX2\ce{CO2} を再生し NaX2COX3\ce{Na2CO3} を得る。CaO の消化で Ca(OH)X2\ce{Ca(OH)2} ができ、NHX4Cl\ce{NH4Cl} を分解して NHX3\ce{NH3} を循環する。