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，有關物質的溶解度為：

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

（1）操作Ⅲ中的實驗操作名稱為

 

；
（2）操作I和操作II總反應的離子方程式為

 

；
（3）操作I和II不能顛倒的原因

 

；
（4）檢驗所得的碳酸鈉粉末是否含有NaHCO₃，的實驗方案是（寫出操作步驟、現象、結論）：

 

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

 

→

 

②產物中碳酸鈉的質量分數為（數字可不必化簡）

 

．

Answer 1

分析：（1）把固體與液體所形成混合物中固體分離出來的方法為過濾，據此分析解答；
（2）根據溶解度表可知，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉小，經過操作I和操作II，溶液中離子反應的本質為二氧化碳和水結合生成碳酸，氨氣和水結合生成一水合氨，碳酸和一水合氨反應，鈉離子和碳酸氫根離子結合生成碳酸氫鈉沉淀；
（3）二氧化碳在水中的溶解度小，與水反應形成不穩定的碳酸，而把二氧化碳通入溶有氨氣而呈堿性的水中，會使生成的碳酸與氨水發生反應，而增大二氧化碳氣體的吸收，所以操作I和II不能顛倒；
（4）根據碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質差異進行解答，碳酸氫鈉受熱易分解；
（5）①測定所制取產物的純度（假設雜質只有碳酸氫鈉），需將碳酸鈉和碳酸氫鈉變為二氧化碳，通過堿石灰吸收來測量，因空氣中有二氧化碳，所以需先除掉空氣中的二氧化碳，將裝置中的產生二氧化碳排凈，據此分析連接裝置；
②根據碳原子守恒和質量守恒進行計算．

解答：解：（1）二氧化碳通入氨化的飽和氯化鈉溶液中反應生成碳酸氫鈉晶體，反應的化學方程式：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，操作Ⅲ中的實驗操作目的是將沉淀和溶液分開，所以通過過濾，可把混在溶液中的碳酸氫鈉晶體分離出來，
故答案為：過濾；
（2）因為氨氣的溶解度比二氧化碳大得多，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，根據溶解度表可知，碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉小，所以發生NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，本質為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，取少量產物于試管，加熱發生2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，將產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：取少量產物于試管，加熱，將產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空氣經過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生的二氧化碳排出，所以（b）→（e）（f），從試樣溶液中產生的二氧化碳混有水蒸氣，所以需通過濃硫酸干燥二氧化碳，所以連接→（c）（d），最后通過堿石灰吸收產生的二氧化碳，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量，令產物中碳酸鈉、碳酸氫鈉的物質的量分別為xmol、ymol，根據二者質量之和與碳離子物質的量列方程，則：

106x+84y=w (x+y)×44=w3-w1

，解得：x=

44w-84w3+84w1

44×22

mol，產物中碳酸鈉的質量分數為：

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%．

點評：本題以工業生產純堿的工藝流程為背景，考查了物質的提純、化學實驗基本操作、實驗結果的處理等知識，（5）裝置連接、產物中碳酸鈉的質量分數計算是解答本題的難點，題目難度中等．