Question

6．在常溫下，某興趣小組模擬“侯氏制堿法”制取碳酸鈉，流程如圖1：

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過濾；
（2）操作I、II總反應的離子方程式為Na⁺+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（3）操作I和II不能顛倒的原因由于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）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(xiàn)象、結論）：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）為了測定所制取產(chǎn)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(chǎn)品放入C裝置的錐形瓶中，加適量蒸餾水溶解
iii．稱量D裝置的質量為W₁ g
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裝置質量為W₂ g
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W₃ g
根據(jù)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）→（c）（d）→（g）（h）[或（h）（g）]→（i）．
②第二個盛堿石灰裝置的作用是防止空氣進入D中堿石灰干擾實驗．
③產(chǎn)物中碳酸鈉和碳酸氫鈉的物質的量之和為$\frac{{w}_{3}-{w}_{1}}{44}$mol．

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(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(wěn)定的碳酸，而把二氧化碳通入溶有氨氣而呈堿性的水中，會使生成的碳酸與氨水發(fā)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(jù)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(chǎn)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?yōu)槎�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(chǎn)生二氧化碳排凈，據(jù)此分析連接裝置；
②防止空氣進入前一個堿石灰中干擾實驗；
③利用碳原子守恒計算．

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(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$\frac{\underline{\;△\;}}{\;}$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(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）；
②空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入前面的堿石灰，會使堿石灰的質量偏大，產(chǎn)生誤差，所以后面要加一個盛有堿石灰的裝置，防止空氣進入前一個堿石灰中干擾實驗；
故答案為：防止空氣進入D中堿石灰干擾實驗；
③碳酸鈉和碳酸氫鈉與稀硫酸反應生成二氧化碳，二氧化碳被D裝置吸收，則D的質量變化值即是二氧化碳的質量，則二氧化碳的質量為（W₃-W₁）g，則二氧化碳的物質的量為$\frac{{w}_{3}-{w}_{1}}{44}$mol，由碳原子守恒可知碳酸鈉和碳酸氫鈉的物質的量之和為$\frac{{w}_{3}-{w}_{1}}{44}$mol；
故答案為：$\frac{{w}_{3}-{w}_{1}}{44}$．

點評 本題以工業(yè)生產(chǎn)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，把握純堿的制備原理以及物質的性質是解答本題的關鍵，題目難度中等．