Question

在常溫下，某興趣小組模擬“侯氏制堿法”制取碳酸鈉，流程如下：
在常溫下，有關(guān)物質(zhì)的溶解度為：

物質(zhì)	NH4Cl	NaHCO3	Na2CO3	NaCl
溶解度/g	37.2	9.6	21.5	36.0

（1）操作Ⅲ中的實(shí)驗(yàn)操作名稱為

 

；
（2）操作I和操作II總反應(yīng)的離子方程式為

 

；
（3）操作I和II不能顛倒的原因

 

；
（4）檢驗(yàn)所得的碳酸鈉粉末是否含有NaHCO₃，的實(shí)驗(yàn)方案是（寫出操作步驟、現(xiàn)象、結(jié)論）：

 

；
（5）為了測(cè)定所制取產(chǎn)物的純度（假設(shè)雜質(zhì)只有碳酸氫鈉）．該小組的實(shí)驗(yàn)步驟為：
i．使用下列裝置組裝實(shí)驗(yàn)裝置，并檢查氣密性；
ii．稱取Wg產(chǎn)品放入C裝置的錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解
iii．稱量D裝置的質(zhì)量為W₁g
iv．從分液漏斗滴入稀硫酸，直到不再產(chǎn)生氣體為止
v．從a處緩緩鼓入一定量的空氣，再次稱量D裝置質(zhì)量為W₂g．
vi．重復(fù)步驟v的操作，直到D裝置的質(zhì)量不再改變，稱得D裝置的質(zhì)量為W₃g．
根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)回答如下問(wèn)題：
①第i步，使用上述裝置連接的接口順序?yàn)椋海╞）→（e）（f）→

 

→

 

②產(chǎn)物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（數(shù)字可不必化簡(jiǎn)）

 

．

Answer 1

分析：（1）把固體與液體所形成混合物中固體分離出來(lái)的方法為過(guò)濾，據(jù)此分析解答；
（2）根據(jù)溶解度表可知，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉小，經(jīng)過(guò)操作I和操作II，溶液中離子反應(yīng)的本質(zhì)為二氧化碳和水結(jié)合生成碳酸，氨氣和水結(jié)合生成一水合氨，碳酸和一水合氨反應(yīng)，鈉離子和碳酸氫根離子結(jié)合生成碳酸氫鈉沉淀；
（3）二氧化碳在水中的溶解度小，與水反應(yīng)形成不穩(wěn)定的碳酸，而把二氧化碳通入溶有氨氣而呈堿性的水中，會(huì)使生成的碳酸與氨水發(fā)生反應(yīng)，而增大二氧化碳?xì)怏w的吸收，所以操作I和II不能顛倒；
（4）根據(jù)碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質(zhì)差異進(jìn)行解答，碳酸氫鈉受熱易分解；
（5）①測(cè)定所制取產(chǎn)物的純度（假設(shè)雜質(zhì)只有碳酸氫鈉），需將碳酸鈉和碳酸氫鈉變?yōu)槎�氧化碳，通過(guò)堿石灰吸收來(lái)測(cè)量，因空氣中有二氧化碳，所以需先除掉空氣中的二氧化碳，將裝置中的產(chǎn)生二氧化碳排凈，據(jù)此分析連接裝置；
②根據(jù)碳原子守恒和質(zhì)量守恒進(jìn)行計(jì)算．

解答：解：（1）二氧化碳通入氨化的飽和氯化鈉溶液中反應(yīng)生成碳酸氫鈉晶體，反應(yīng)的化學(xué)方程式：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，操作Ⅲ中的實(shí)驗(yàn)操作目的是將沉淀和溶液分開，所以通過(guò)過(guò)濾，可把混在溶液中的碳酸氫鈉晶體分離出來(lái)，
故答案為：過(guò)濾；
（2）因?yàn)榘睔獾娜芙舛缺榷�氧化碳大得多，且溶液呈堿性，有利于二氧化碳的吸收；所以操作I先通入足量的氨氣，操作II將二氧化碳通入氨化的飽和氯化鈉溶液中，根據(jù)溶解度表可知，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉小，所以發(fā)生NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，本質(zhì)為Na⁺+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄⁺，
故答案為：Na⁺+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（3）二氧化碳微溶于水，先通入二氧化碳，溶液中生成極少量的碳酸，再通入氨氣，生成的產(chǎn)物量少，且易生成碳酸銨，氨氣在水中溶解度很大，先通入氨氣，溶液中生成較多的一水合氨，再通入CO₂，生成的產(chǎn)物量多，且易生成碳酸氫銨，
故答案為：由于NH₃在飽和NaCl溶液中溶解量比CO₂大，先通NH₃，溶液呈堿性，更易吸收CO₂，有利NaHCO₃的生成；所以應(yīng)先通入NH₃；
（4）碳酸氫鈉受熱易分解，如果碳酸鈉中含有碳酸氫鈉，取少量產(chǎn)物于試管，加熱發(fā)生2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，若使澄清石灰水變渾濁，證明有NaHCO₃，
故答案為：取少量產(chǎn)物于試管，加熱，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，若使澄清石灰水變渾濁，證明有NaHCO₃；
（5）①空氣經(jīng)過(guò)氫氧化鈉的洗氣瓶可將空氣中的二氧化碳吸收，連接試樣溶液可將裝置中的產(chǎn)生的二氧化碳排出，所以（b）→（e）（f），從試樣溶液中產(chǎn)生的二氧化碳混有水蒸氣，所以需通過(guò)濃硫酸干燥二氧化碳，所以連接→（c）（d），最后通過(guò)堿石灰吸收產(chǎn)生的二氧化碳，所以連接→（g）（h）[或（h）（g）]→（i），
故答案為：（c）（d）；（g）（h）[或（h）（g）]→（i）；
②2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，w₃-w₁為碳酸氫鈉分解生成的二氧化碳的質(zhì)量，令產(chǎn)物中碳酸鈉、碳酸氫鈉的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，根據(jù)二者質(zhì)量之和與碳離子物質(zhì)的量列方程，則：

106x+84y=w (x+y)×44=w3-w1

，解得：x=

44w-84w3+84w1

44×22

mol，產(chǎn)物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

53(11W+21W1-21W3)

121W

×100%或

106(11W+21W1-21W3)

242W

×100%；
故答案為：

53(11W+21W1-21W3)

121W

×100%或

106(11W+21W1-21W3)

242W

×100%．

點(diǎn)評(píng)：本題以工業(yè)生產(chǎn)純堿的工藝流程為背景，考查了物質(zhì)的提純、化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本操作、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理等知識(shí)，（5）裝置連接、產(chǎn)物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì)算是解答本題的難點(diǎn)，題目難度中等．