Question

13．某校化學研究性學習小組利用下面所提供的儀器裝置和藥品制取NaHCO₃溶液，設計如下實驗．實驗室提供的藥品、儀器裝置如下：
藥品：①2% NaOH溶液  ②稀HCl  ③稀H₂SO₄  ④飽和KHCO₃溶液  ⑤濃H₂SO₄  ⑥CaCO₃固體  ⑦K₂CO₃粉末
儀器裝置（如圖所示）：

請根據(jù)題目要求完成下列問題：
（1）請按下表要求，填寫選擇的裝置和藥品．

分項 內容	CO2發(fā)生裝置（隨開隨用，隨關隨停）（X）	除雜洗氣裝置（Y）	制備產品裝置（Z）
選擇的裝置（填序號）			c
選擇的藥品（填序號）			①

（2）如何檢驗所選擇的CO₂發(fā)生裝置（X）的氣密性，請寫出主要操作過程：方案1：塞緊單孔塞，關閉活塞，在燒杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸沒在水中，如果干燥管內外液面有一定高度差，說明裝置的氣密性良好 方案2：塞緊單孔塞，關閉活塞，在燒杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸沒在水中，如果用手捂住干燥管，管口處出現(xiàn)少量氣泡，松手后，干燥管下端管口處出現(xiàn)一段水柱，說明裝置的氣密性良好．
（3）將裝置按X、Y、Z順序連接并檢查氣密性后，當加入藥品實驗時，X裝置中發(fā)生化學反應的離子方程式為CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，Y裝置中除去的雜質為HCl．
（4）常溫下，向Z裝置的NaOH溶液中通入過量CO₂氣體，其目的是使溶液中的NaOH完全轉化為NaHCO₃．
（5）若要保證Z裝置中不析出晶體（不考慮過飽和溶液問題），NaOH溶液最大濃度不能超過4.37%（質量分數(shù)）．
附：有關物質在常溫（25℃）時的溶解度

化學式	Na2CO3	NaHCO3	NaOH	NaCl	Na2SO4
溶解度（g/100g H2O）	21.3	9.60	107	35.8	19.4

Answer 1

分析 制取NaHCO₃溶液，要達到實驗目的，應該先用能隨開隨用、隨關隨停的類啟普發(fā)生器原理的裝置f制取CO₂氣體，然后再通過盛有飽和KHCO₃溶液的b裝置以除去CO₂中混有的HCl（原理是：KHCO₃+HCl═KCl+CO₂↑+H₂O），最后再將足量的CO₂通入稀NaOH溶液中即可（原理是：CO₂+NaOH═NaHCO₃）．
（1）實驗室常用石灰石和稀鹽酸反應制取二氧化碳，該反應屬于“固液不加熱型”，用能隨開隨用、隨關隨停的類啟普發(fā)生器原理的裝置為f，通過盛有飽和KHCO₃溶液的b裝置以除去CO₂中混有的HCl，將足量的CO₂通入稀NaOH溶液中制得碳酸氫鈉；
（2）裝置氣密性檢驗的原理是：通過氣體發(fā)生器與附設的液體構成封閉體系，依據(jù)改變體系內壓強時產生的現(xiàn)象（如氣泡的生成、水柱的形成、液面的升降等）來判斷裝置氣密性的好壞；
（3）碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳，氯化氫易揮發(fā)，Y裝置中除去的雜質為氯化氫；
（4）少量二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水，過量二氧化碳和氫氧化鈉反應生成碳酸氫鈉；
（5）根據(jù)在常溫（25℃）時的碳酸氫鈉的溶解度表結合反應CO₂+NaOH═NaHCO₃計算NaOH的質量，然后求解．

解答 解：（1）裝置f在制取氣體時打開開關，由于裝置內外壓強相等，液體藥品會從下端的管進入裝置內，與裝置內固體接觸，反應開始，當關閉開關后，由于產生的氣體不能排出，試管內氣體壓強越來越大，把液體從下端的管口壓出，是液體與固體分離，反應停止，所以可以做到隨開隨用隨關隨停，所以用裝置f制取CO₂氣體，然后再通過盛有飽和KHCO₃溶液的b裝置以除去CO₂中混有的HCl（原理是：KHCO₃+HCl═KCl+CO₂↑+H₂O），最后再將足量的CO₂通入稀NaOH溶液中即可（原理是：CO₂+NaOH═NaHCO₃），
故答案為：

分項 內容	CO2發(fā)生裝置（隨開隨用，隨關隨停）（X）	除雜洗氣裝置（Y）	制備產品裝置（Z）
選擇的裝置（填序號）	f	b	c
選擇的藥品（填序號）	②⑥	④	①

；
（2）檢驗裝置f的氣密性，方案1：塞緊單孔塞，關閉活塞，在燒杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸沒在水中，如果干燥管內外液面有一定高度差，說明裝置的氣密性良好  方案2：塞緊單孔塞，關閉活塞，在燒杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸沒在水中，如果用手捂住干燥管，管口處出現(xiàn)少量氣泡，松手后，干燥管下端管口處出現(xiàn)一段水柱，說明裝置的氣密性良好，
故答案為：方案1：塞緊單孔塞，關閉活塞，在燒杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸沒在水中，如果干燥管內外液面有一定高度差，說明裝置的氣密性良好 方案2：塞緊單孔塞，關閉活塞，在燒杯中加入一定量水使干燥管下端管口浸沒在水中，如果用手捂住干燥管，管口處出現(xiàn)少量氣泡，松手后，干燥管下端管口處出現(xiàn)一段水柱，說明裝置的氣密性良好；
（3）碳酸鈣和鹽酸反應生成氯化鈣、水、二氧化碳，所以裝置f中發(fā)生化學反應的離子方程式為：CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，氯化氫易揮發(fā)，Y裝置中除去的雜質為氯化氫，
故答案為：CaCO₃+2H⁺═Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；HCl；
（4）少量二氧化碳和氫氧化鈉反應：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O，過量二氧化碳和氫氧化鈉反應CO₂+NaOH═NaHCO₃，常溫下，向Z裝置的NaOH溶液中通入過量CO₂氣體，其目的是使溶液中的NaOH完全轉化為NaHCO₃，
故答案為：使溶液中的NaOH完全轉化為NaHCO₃；
（5）假設NaHCO₃的飽和溶液中含100 g水，則由提供數(shù)據(jù)可知，此時溶液中NaHCO₃的質量為9.60 g，據(jù)反應CO₂+NaOH═NaHCO₃可求得NaOH的質量為：$\frac{40×9.60g}{84}$=4.57 g，所以，NaOH溶液最大濃度w（NaOH）=$\frac{4.57g}{100g+457g}$×100%=4.37%，
故答案為：4.37．

點評 本題以制取NaHCO₃溶液為載體考查性質實驗方案設計，明確實驗原理是解本題關鍵，側重考查學生實驗操作、分析能力，知道各個裝置目的、作用、發(fā)生的反應及實驗現(xiàn)象，注意化學用語的正確運用，題目難度中等．