Question

2．工業(yè)制純堿的第一步是通過飽和食鹽水、氨和二氧化碳之間的反應(yīng)，制取碳酸氫鈉晶體．該反應(yīng)原理可以用以下化學(xué)方程式表示，已知此反應(yīng)是放熱反應(yīng)． NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（飽和）═NaHCO₃（晶體）↓+NH₄Cl
（1）利用上述反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)如圖所示裝置，制取碳酸氫鈉晶體．B中盛有飽和碳酸氫鈉溶液，C燒杯中盛有冰水，D中裝有蘸稀硫酸的脫脂棉，圖中夾持裝置已略去．制取碳酸氫鈉晶體可供選用的藥品有：a．石灰石 b．生石灰 c．6mol/L鹽酸  d．稀硫酸 e．濃氨水 f．飽和氯化鈉溶液．

①A中制備氣體時(shí)，所需藥品是（選填字母代號(hào)）ac；
②B中盛有飽和碳酸氫鈉溶液，其作用是除去CO₂中的HCl；
③在實(shí)驗(yàn)過程中，向C中通入氣體是有先后順序的，應(yīng)先通入氣體的化學(xué)式為NH₃；
④E裝置向C中通氣的導(dǎo)管不能插入液面下的原因是防倒吸．
（2）該小組同學(xué)為了測(cè)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w g．再將晶體加熱到質(zhì)量不再變化時(shí)，稱量所得粉末質(zhì)量為m g．然后進(jìn)行如圖所示實(shí)驗(yàn)：

①在操作Ⅱ中，為了判斷加入氯化鈣溶液是否過量，其中正確的是（選填字母序號(hào)）A；
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，向溶液中再加入少量碳酸鈉溶液
C．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，取上層清液再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）根據(jù)侯氏制堿法NH₃+CO₂+H₂O+NaCl （飽和）═NaHCO₃（晶體）+NH₄Cl，可知此反應(yīng)需要的原料為二氧化碳、氨氣、飽和食鹽水；
①A裝置為制取二氧化碳裝置，反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；
②A中制得的CO₂中混有HCl，需要利用B裝置除去CO₂中的HCl；
③C裝置發(fā)生的是侯氏制堿法原理，要通入NH₃和CO₂，因CO₂在水中溶解度小，先通CO₂溶液里得到的HCO₃^-濃度較低，無法得到NaHCO₃沉淀，應(yīng)選擇先通氨氣；
④E中生成的氣體是氨氣，極易溶解于水，溶解時(shí)要注意防倒吸；
（2）測(cè)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(shí)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(shí)，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(huì)有白色沉淀生成，當(dāng)氯化鈣過量時(shí)，就不會(huì)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(jìn)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(jì)算樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量，再計(jì)算純度．

解答 解：（1）①A裝置為制取二氧化碳裝置，反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O，需要選擇石灰石和稀鹽酸，故答案為：ac；
②B裝置得用盛裝的飽和碳酸氫鈉溶液除去CO₂中的HCl，故答案為：除去CO₂中的HCl；
③選擇先通NH₃，后通CO₂，一是因?yàn)镹H₃的溶解度大，二是其水溶液顯堿性能溶解更多的CO₂，使溶液里HCO₃^-的濃度增大，故答案為：NH₃；
④為防止氨氣溶解時(shí)產(chǎn)物倒吸現(xiàn)象，E裝置向C中通氣的導(dǎo)管不能插入液面下，故答案為：防倒吸；
（2）測(cè)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(shí)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(shí)，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：A；
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(xué)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?jǐn)?shù)為$\frac{x}{w}$×100%=$\frac{\frac{168n}{100}}{w}$×100%=$\frac{168n}{w}%$，
故答案為：$\frac{168n}{w}%$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查侯氏制堿法NH₃+CO₂+H₂O+NaCl（飽和）═NaHCO₃（晶體）+NH₄Cl，明確各原料的制備方法及尾氣處理是解題的關(guān)鍵．物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算，測(cè)定C中所得晶體的碳酸氫鈉的質(zhì)量，已知粗品的質(zhì)量，求比值即可求得碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．需要注意的是要區(qū)分m和w，易混淆．