Question

12．在實驗室中可根據(jù)NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl等物質(zhì)溶解度的差異，利用飽和食鹽水、氨氣和二氧化碳反應(yīng)，獲得碳酸氫鈉晶體．反應(yīng)原理可用如下化學方程式表示：NH₃+CO₂+NaCl（飽和）+H₂O-NH₄Cl+NaHCO₃（晶體）
某校學習小組欲依據(jù)此原理制備碳酸氫鈉晶體，他們設(shè)計了如下實驗裝置，其中B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨氣的氯化鈉溶液，且二者均已達到飽和：

（1）A裝置中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；C裝置中稀硫酸的作用為吸收從B裝置中的試管內(nèi)逸出的氨氣，減少對環(huán)境的污染．
（2）如表中所列出的是相關(guān)物質(zhì)在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)（g/100g水）．

	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃
NaCl	35.7	35.8	36	36.3	36.6	37
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7	14.5
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4

參照表中數(shù)據(jù)，請分析B裝置中使用冰水浴的目的：溫度越低碳酸氫鈉溶解度越小，便于析出
（3）該校學生在檢查完此套裝置氣密性后進行試驗，結(jié)果沒有得到碳酸氫鈉晶體，指導教師指出應(yīng)在AB（填寫字母）裝置之間連接一個盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置，其作用是除去二氧化碳氣體中的氯化氫氣體．
（4）同學們利用改進后的裝置進行試驗，在B中的試管內(nèi)析出了晶體，經(jīng)過必要的操作后得到了一種純凈的晶體．現(xiàn)有下列試劑：鹽酸、濃氨水、生石灰、蒸餾水，請利用本題所提供的試劑（只限一種）及試管、酒精燈等主要儀器，通過簡單試驗判斷該晶體是碳酸氫鈉晶體，而不是碳酸氫銨或食鹽晶體，簡述操作方法、試驗現(xiàn)象及結(jié)論：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應(yīng)后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃．
（5）該小組同學為了測定B中所得的碳酸氫鈉晶體的純度（假設(shè)晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)），將晶體充分干燥后，稱量質(zhì)量為w g，再將晶體加熱到質(zhì)量不再發(fā)生變化，稱量所得粉末質(zhì)量為m g．然后進行如圖所示實驗：

①操作Ⅱ中，為了判斷加入的氯化鈣溶液是否過量，下列操作中正確的是C（選填字母序號）．
A．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，向溶液中繼續(xù)加入少量氯化鈣溶液
B．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，向溶液中繼續(xù)加入少量碳酸鈉溶液
C．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，取上層清液，加入少量碳酸鈉溶液
②操作Ⅲ的方法為過濾、洗滌、干燥．
③所得晶體中碳酸氫鈉的純度為$\frac{168n}{w}$%．

Answer 1

分析 （1）A裝置是指取二氧化碳氣體的裝置，是碳酸鈣和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；C裝置稀硫酸是尾氣處理裝置吸收過量的氨氣；
（2）B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨和氯化鈉的飽和溶液，通入二氧化碳氣體會發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化銨，溫度越低越有利于碳酸氫鈉的晶體析出；
（3）通入二氧化碳沒有得到碳酸氫鈉晶體，是二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，通入后和氨氣反應(yīng)不能生成碳酸氫鈉，所以需要加一個洗氣裝置用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳中的氯化氫氣體；
（4）碳酸氫鈉受熱分解為碳酸鈉、水、二氧化碳，碳酸氫銨受熱分解為氨氣、水、二氧化碳，根據(jù)加熱后的產(chǎn)物判斷；
（5）測定C中所得晶體的碳酸氫鈉的純度（假設(shè)晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)），將晶體充分干燥后，稱量質(zhì)量為wg，此時為碳酸氫鈉粗品質(zhì)量，操作1將晶體加熱到質(zhì)量不再變化時，所得粉末為碳酸鈉和雜質(zhì)，然后溶解，加入氯化鈣溶液，氯化鈣跟碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣，將生成的碳酸鈣過濾、洗滌、干燥，稱量為n g，根據(jù)關(guān)系式2NaHCO₃--CaCO₃可求出純碳酸氫鈉的質(zhì)量．
①操作Ⅱ中，加入氯化鈣溶液會有白色沉淀生成，當氯化鈣過量時，就不會再生成沉淀；
②從溶液里得到不溶性的固體碳酸鈣可選擇過濾，再進行洗滌、干燥；
③根據(jù)反應(yīng)過程中碳原子守恒，利用生成碳酸鈣的物質(zhì)的量計算樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量，再計算純度．

解答 解：（1）A裝置是指取二氧化碳氣體的裝置，是碳酸鈣和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；反應(yīng)的離子方程式為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；C裝置稀硫酸是尾氣處理裝置吸收過量的氨氣，防止污染環(huán)境；
故答案為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；吸收從B裝置中的試管內(nèi)逸出的氨氣，減少對環(huán)境的污染；
（2）B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨和氯化鈉的飽和溶液，通入二氧化碳氣體會發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化銨，依據(jù)圖標分析可知溫度越低，碳酸氫鈉的溶解度越小，所以溫度越低越有利于碳酸氫鈉的晶體析出；
故答案為：溫度越低碳酸氫鈉溶解度越小，便于析出；
（3）二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，通入后和氨氣反應(yīng)不能生成碳酸氫鈉，所以的不到碳酸氫鈉晶體，所以需要加一個洗氣裝置用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳中的氯化氫氣體；
故答案為：AB；飽和碳酸氫鈉溶液；除去二氧化碳氣體中的氯化氫氣體；
（4）碳酸氫鈉在加熱的條件下生成碳酸鈉、水和二氧化碳，反應(yīng)為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，有白色固體碳酸鈉剩余，碳酸氫銨（NH₄HCO₃）受熱分解，生成氨氣（NH₃）、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，無固體剩余，所以判斷該晶體是碳酸氫鈉晶體而不是碳酸氫銨晶體，方法為：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應(yīng)后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃，
故答案為：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應(yīng)后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃；
（5）測定C中所得晶體的碳酸氫鈉的純度（假設(shè)晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)），將晶體充分干燥后，稱量質(zhì)量為wg，此時為碳酸氫鈉粗品質(zhì)量，操作1將晶體加熱到質(zhì)量不再變化時，所得粉末為碳酸鈉和雜質(zhì)，然后溶解，加入氯化鈣溶液，氯化鈣跟碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣，將生成的碳酸鈣過濾、洗滌、干燥，稱量為n g，所此作答；
①為判斷滴加的氯化鈣溶液過量，可在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，取上層清液再加入少量氯化鈣溶液看是否有沉淀生成，故答案為：C；
②利用過濾、洗滌、干燥可從混合液中得到不溶性的碳酸鈣沉淀，故答案為：過濾；洗滌；干燥；
③反應(yīng)的化學方程式為①2NaHCO₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，②Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃ ↓+H₂O+2NaCl，得到的碳酸鈣需要經(jīng)過過濾、洗滌、干燥后方可稱量．
設(shè)樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量為x，由上兩式可得關(guān)系式：
    2NaHCO₃--CaCO₃
  84×2          100
   x              n
$\frac{84×2}{x}=\frac{100}{n}$，x=$\frac{168n}{100}$ g，
碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{x}{w}$×100%=$\frac{\frac{168n}{100}}{w}$×100%=$\frac{168n}{w}$%，
故答案為：$\frac{168n}{w}$%．

點評 本題考查了侯氏制堿的反應(yīng)原理和實驗設(shè)計和操作，物質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的計算，明確各原料的制備方法及尾氣處理是解題的關(guān)鍵，難度中等，側(cè)重對學生分析問題的能力和計算能力的考查．