Question

18．某實驗小組把CO₂通入飽和Na₂CO₃溶液制取NaHCO₃，裝置如圖1所示（氣密性已檢驗，部分夾持裝置略）：

（1）D中產(chǎn)生NaHCO₃的化學方程式是Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃．
（2）請結(jié)合化學平衡移動原理解釋B中溶液的作用CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發(fā)出來的HCl氣體．
（3）當D中有大量白色固體析出時，停止實驗，將固體過濾、洗滌、干燥備用．為確定固體的成分，實驗小組設計方案如下（稱取一定質(zhì)量的固體，配成1000mL溶液作為樣液，其余固體備用）：
①方案1：取樣液與澄清的Ca（OH）₂溶液混合，出現(xiàn)白色沉淀．
實驗小組對現(xiàn)象產(chǎn)生的原理進行分析，認為該方案不合理，理由是Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應生成白色沉淀，無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃．
②方案2：取樣液與BaCl₂溶液混合，出現(xiàn)白色沉淀并有氣體產(chǎn)生．
實驗小組認為固體中存在NaHCO₃，其離子方程式是2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
該小組認為不能確定是否存在Na₂CO₃，你認為該結(jié)論是否合理？合理．
③方案3：實驗小組中甲、乙同學利用NaHCO₃的不穩(wěn)定性進行如下實驗：
甲同學：取樣液400mL，用pH計測溶液pH，再水浴加熱蒸發(fā)至200mL，接下來的操作是冷卻到室溫，加水至溶液體積為400mL，再次測定pH，結(jié)果表明白色固體中存在NaHCO₃．為進一步證明白色固體是否為純凈的NaHCO₃，結(jié)合甲同學實驗，還應補充的實驗是取相同質(zhì)量的純凈的NaHCO₃配成1000mL溶液，取400mL，重復甲的實驗，進行對照．
乙同學：利用儀器測定了固體殘留率隨溫度變化的曲線，如圖2所示．
a．根據(jù)A點坐標得到的結(jié)論是白色固體為NaHCO₃．
b．根據(jù)B點坐標，計算殘留固體中n（NaHCO₃：n（Na₂CO₃））=71：42．（殘留率=$\frac{剩余固體的質(zhì)量}{原始固體的質(zhì)量}$×100%）
通過上述實驗，該小組認為，可以向飽和Na₂CO₃溶液中通入過量CO₂制備NaHCO₃．

Answer 1

分析 A裝置中反應制備CO₂，其中有雜質(zhì)HCl、H₂O（g），B裝置既減少CO₂的溶解，又能吸收HCl，C裝置干燥CO₂，D裝置制備碳酸氫鈉，
（1）由圖可知，A中生成二氧化碳，在D中二氧化碳與碳酸鈉、水反應生成碳酸氫鈉；
（2）B中酸可抑制二氧化碳的溶解；
（3）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應生成白色沉淀；
②樣液與BaCl₂溶液混合，現(xiàn)白色沉淀并有氣體產(chǎn)生，沉淀為碳酸鋇、氣體為二氧化碳；Na₂CO₃和BaCl₂溶液混合也能生成沉淀；
③a．A點說明碳酸氫鈉分解，殘留率為63.09%；
b．B點殘留率為80%，設原來有100克NaHCO₃，反應后剩余80克，減少20克是CO₂和H₂O的質(zhì)量，列方程組計算．

解答 解：A裝置中反應制備CO₂，其中有雜質(zhì)HCl、H₂O（g），B裝置既減少CO₂的溶解，又能吸收HCl，C裝置干燥CO₂，D裝置制備碳酸氫鈉，
（1）由圖可知，A中生成二氧化碳，在D中二氧化碳與碳酸鈉、水反應生成碳酸氫鈉，該反應為Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃，
故答案為：Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃；
（2）B中酸可抑制二氧化碳的溶解，則B中溶液的作用為CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發(fā)出來的HCl氣體，
故答案為：CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發(fā)出來的HCl氣體；
（3）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應生成白色沉淀，所以無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃，
故答案為：Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應生成白色沉淀，無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃；
②樣液與BaCl₂溶液混合，現(xiàn)白色沉淀并有氣體產(chǎn)生，沉淀為碳酸鋇、氣體為二氧化碳，離子反應為2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；Na₂CO₃和BaCl₂溶液混合也能生成沉淀，則不能確定是否存在Na₂CO₃，結(jié)論合理，
故答案為：2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；合理；
③甲同學：取樣液400mL，用pH計測溶液pH，再水浴加熱蒸發(fā)至200mL，接下來的操作是冷卻到室溫，加水至溶液體積為400mL，再次測定pH，可確定固體存在碳酸氫鈉，補充實驗為取相同質(zhì)量的純凈的NaHCO₃配成1000mL溶液，取400mL，重復甲的實驗，進行對照，
故答案為：冷卻到室溫，加水至溶液體積為400mL，再次測定pH；取相同質(zhì)量的純凈的NaHCO₃配成1000mL溶液，取400mL，重復甲的實驗，進行對照；
乙同學：a．A點說明碳酸氫鈉分解，殘留率為63.09%，可知白色固體為碳酸氫鈉，
故答案為：白色固體為NaHCO₃；
b．B點殘留率為80%，設原固體100g，則B點殘留固體為80g，設生成碳酸鈉為x，則
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
             106          62
               x         100g-80g
則：x=$\frac{106（100g-80g）}{62}$=34.2g，
n（NaHCO₃）=$\frac{80g-34.2g}{84g/mol}$=0.55mol，
n（Na₂CO₃）=$\frac{34.2g}{106g/mol}$=0.32mol，
n（NaHCO₃）：n（Na₂CO₃）=71：42，
故答案為：71：42．

點評 本題考查制備方案的設計，題目難度較大，涉及物質(zhì)的性質(zhì)、化學平衡、差量法計算、圖象分析較等知識，試題知識點較多、綜合性較強，（3）為解答的難點，試題培養(yǎng)了學生的分析能力及化學實驗能力．