Question

在實驗室模擬工業生產碳酸鈉：一定溫度下，往一定量飽和NaCl溶液中通入氨氣達到飽和后，再不斷通入CO₂，一段時間后，出現沉淀，過濾得到NaHCO₃晶體。
（1）該過程的化學方程式：                                                。
（2）加熱NaHCO₃得到純堿制品，實驗室可進行此操作的裝置是           。
 
A                  B                 C                     D
（3）得到的純堿制品含有少量NaHCO₃和NaCl，設計實驗驗證樣品中各種組分。試劑和儀器限選用：試管、膠頭滴管、過濾裝置、Ba(NO₃)₂溶液、NaOH溶液、AgNO₃溶液、澄清石灰水、稀硫酸、稀鹽酸、稀硝酸。

步驟一：取少量制品于試管中，加少量蒸餾水，振蕩，溶解。往試管中加入                                        振蕩，觀察	現象：溶液中產生大量白色沉淀； 結論：                            。
步驟二：將步驟一的濁液過濾，取濾液于試管中B中，加入                       ， 振蕩，觀察	現象：                           ； 結論：樣品中含有NaHCO3。
步驟三：將步驟二的濁液過濾，取濾液于試管C中，                                                        振蕩，觀察	現象：                           ； 結論：                            。

 
（4）用碘量法測量自來水中殘留的Cl₂的濃度：
① 在大錐形瓶中放置過量的KI，加一定量的冰醋酸，準確取水樣200mL加入瓶中，迅速塞上瓶塞搖動，水樣呈淡黃色，發生反應：Cl₂+2I^－=2Cl^－+ I₂。
②加少許淀粉溶液，用cmol/L Na₂S₂O₃溶液滴定，發生反應：I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－，當                                                            ，達到滴定終點。
③重復操作3次，平均讀數為V mL，則該樣品中殘留Cl₂的濃度：         mg/L（Cl的相對原子質量：35.5）

Answer 1

（16分）
（1） NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ ↓+ NH₄Cl  (2分，沒有沉淀符號扣1分)
（2）BC  （2分）
（3）

步驟一：取少量制品于試管中，加入少量蒸餾水，振蕩，溶解：往試管中加入 過量的Ba(NO3)2溶液，振蕩，觀察 （2分）	現象：溶液中產生大量白色沉淀； 結論：試樣中含有Na2CO3。（1分）
步驟二：將步驟一的濁液過濾：取濾液于試管B中，加入 適量的NaOH溶液， 振蕩，觀察（1分）	現象：有少量白色沉淀生成 ；（1分） 結論：試樣中含有NaHCO3。
步驟三： 將步驟二的濁液過濾后，取濾液于試管C中，先加入足量的稀硝酸，再加入少許AgNO3溶液，振蕩，觀察（2分）	現象：有少量白色沉淀生成 ； 結論：試樣中含有NaCl 。（1分）

 
（8分）檢驗出Na₂CO₃得3分；檢驗出NaHCO₃得2分（若用硝酸檢驗得1分），
檢驗出NaCl得3分（未加過量硝酸不得分）。三種物質檢驗不誅連。
（4）②最后一滴溶液滴入，錐形瓶內的液體恰好從藍色變成無色，且半分鐘不變化 （2分）
③ 177.5 cV （即：0.5×c×V×10^－3×71×1000/0.2）（2分）

解析試題分析：（1）氨氣易溶于飽和食鹽水，且NH₃+H₂O=NH₃?H₂O，得到氯化鈉、氨水溶液；一水合氨是弱堿，二氧化碳是酸性氧化物，不斷通入二氧化碳氣體時，NH₃?H₂O+CO₂=NH₄HCO₃；由于碳酸氫鈉的溶解度比氯化鈉、碳酸氫銨都小，碳酸氫鈉最先達到飽和，則碳酸氫銨與氯化鈉容易反應，生成碳酸氫鈉晶體和氯化銨溶液，即NH₄HCO₃+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；上述幾步反應加起來可得：NaCl + NH₃ + CO₂ + H₂O = NaHCO₃ ↓+ NH₄Cl；（2）碳酸氫鈉是固體，加熱固體樣品應該選擇試管或坩堝，故BC正確；A項，屬于蒸發裝置，加熱鹽溶液，分離和鹽和水，故A錯；未了防止冷凝水回流時，導致熱的試管底突然遇冷炸裂，試管底應該略低于試管口，故D錯；（3）制品是碳酸鈉、碳酸氫鈉和氯化鈉組成的混合物，它們都是可溶性鹽，根據實驗步驟一、二、三的操作及預期現象和結論綜合推斷，步驟I加入的試劑是過量或足量Ba(NO₃)₂溶液，振蕩，因為硝酸鋇只能與碳酸鈉反應，生成碳酸鋇沉淀和硝酸鈉，可以檢驗制品中含有碳酸鈉，并且除去其中的碳酸鈉，防止碳酸鈉對碳酸氫鈉、氯化鈉的檢驗產生干擾；由于碳酸氫鈉與硝酸鋇不能反應，但是碳酸氫鈉與足量或過量氫氧化鈉能發生反應，生成水和碳酸鈉，生成物中的碳酸鈉與步驟一中加入的過量或足量的硝酸鋇反應，濾液中又產生少量的白色沉淀，說明制品中含有少量碳酸氫鈉；檢驗制品中的氯化鈉可以用硝酸銀溶液檢驗，但是碳酸鈉也能與硝酸銀反應，都產生白色沉淀，因此需要除去制品中的碳酸鈉，由于步驟二的濾液中含有過量氫氧化鈉，氫氧化鈉也能與硝酸銀反應，產生白色沉淀，對氯化鈉的檢驗造成干擾，則步驟三必須先用過量或足量稀硝酸酸化，中和氫氧化鈉之后，再向步驟二的濾液中滴入少量或幾滴AgNO₃溶液，產生少量的白色沉淀，說明制品中含有氯化鈉；（4）實驗①中發生的反應為Cl₂+2I^－=2Cl^－+ I₂，則錐形瓶內溶液中的碘離子被自來水中的氯氣氧化為單質碘；單質碘遇淀粉變藍，則實驗②中發生的反應為I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－，碘離子遇淀粉不變色，則錐形瓶內溶液的顏色由藍色變為無色，說以滴定終點的現象為：最后一滴Na₂S₂O₃溶液溶液滴入，錐形瓶內的液體恰好從藍色變成無色，且半分鐘不變化；先根據c?V=n求Na₂S₂O₃溶液中溶質的物質的量，即n(Na₂S₂O₃)=cmol/L×V×10^－3L= c×V×10^－3mol；由于Na₂S₂O₃是強電解質，完全電離出鈉離子和硫代硫酸根離子，且n(S₂O₃^2－)= n(Na₂S₂O₃)= c×V×10^－3mol；由于I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－中I₂與S₂O₃^2－的物質的量之比等于系數之比，則單質的物質的量為c×V×10^－3mol×1/2；由于Cl₂+2I^－=2Cl^－+ I₂中Cl₂與I₂的物質的量之比等于系數之比，則自來水中氯氣的物質的量為c×V×10^－3mol×1/2×1/1； 氯氣的相對分子質量為71，然后根據n?M=m求自來水中所含氯氣的質量，則m(Cl₂)= c×V×10^－3mol×1/2×1/1×71g/mol；200mL=0.2L，最后根據n/V=c求自來水中所含氯氣的濃度，則c(Cl₂)= c×V×10^－3mol×1/2×1/1×71g/mol÷0.2L=0.5×c×V×10^－3×71/0.2g/L=0.5×c×V×10^－3×71×1000/0.2mg/L= 177.5 cV mg/L，因為1g=1000mg。
考點：考查探究實驗，涉及碳酸鈉工業制法的化學方程式、加熱固體的方法及使用的儀器、設計實驗方案檢驗制品中的碳酸鈉、設計實驗方案檢驗制品中的碳酸氫鈉、設計實驗方案檢驗制品中的氯化鈉、定量檢測自來水中所含氯氣的原理、滴定終點的現象、物質的量在電離或離子方程式中的應用、物質的量濃度、消耗標準溶液的體積、摩爾質量、質量、指定情況下的濃度等。