Question

根据侯德榜制碱法原理并参考下表的数据，实验室制备纯碱Na₂CO₃的主要步骤是：将配制好的饱和NaCl溶液倒入烧杯中加热，控制温度在30～35℃，搅拌下分批加入研细的NH₄HCO₃固体，加料完毕后，继续保温30分钟，静置、过滤得NaHCO₃晶体。用少量蒸馏水洗涤除去杂质，抽干后，转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得Na₂CO₃固体。

四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）表

	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃	60℃	100℃
NaCl	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6	37.0	37.3	39.8
NH4HCO3	11.9	15.8	21.0	27.0	－①	－	－	－
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7	14.5	16.4	－
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4	55.3	77.3

①＞35℃NH₄HCO₃会有分解

请回答：

（1）反应温度控制在30～35℃，是因为若高于35℃，则               ，若低于30℃,则                       ；为控制此温度范围，采取的加热方法为                                   。

（2）加料完毕后，继续保温30分钟，目的是                         。静置后只析出NaHCO₃晶体的原因是                             。用蒸馏水洗涤NaHCO₃晶体的目的是除去                       杂质（以化学式表示）。

（3）过滤所得的母液中含有                    （以化学式表示），需加入           ，并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH₄Cl。

（4）测试纯碱产品中NaHCO₃含量的方法是：准确称取纯碱样品W g，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加1～2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示CO₃^2－＋H^＋＝=HCO₃^－反应的终点），所用HCl溶液体积为V₁ mL，再加1～2滴甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，所用HCl溶液总体积为V₂ mL。

写出纯碱样品中NaHCO₃质量分数的计算式：NaHCO₃（％）＝                      

Answer 1

【答案】

（1）NH₄HCO₃分解 

     反应速率降低 

     水浴加热
（2）使反应充分进行 

     NaHCO₃的溶解度最小 

     NaCl  NH₄Cl  NH₄HCO₃
（3）NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃        HCl

（4）

【解析】侯德榜制碱法利用一定条件下NaHCO₃溶解度相对较小的特点，在饱和食盐水中先后通入NH₃、CO₂，获得NaHCO₃后灼烧生成Na₂CO₃。

根据表格，40 ℃以上NH₄HCO₃溶解度不再给出，因为在35 ℃以上NH₄HCO₃开始分解。在35 ℃下尽量提高温度可以让反应速度加快，有利于提高单位时间产率。反应液中存在Na⁺、Cl^-、NH、HCO，参照30 ℃时各物质溶解度可知，此时溶解度最小的NaHCO₃最先析出。30 ℃时，NaHCO₃溶解度为11.1g，说明Na⁺、HCO不可能全部沉淀。最终得到的母液中同时存在Na⁺、Cl^－、NH、HCO，向其中加入HCl，可使NaCl溶液循环使用，并能回收NH₄Cl。

在滴定过程中，Na₂CO₃发生两步反应：

Na₂CO₃  ＋  HCl  ====  NaHCO₃＋NaCl

cV₁/1000     cV₁/1000

NaHCO₃  ＋  HCl====NaCl＋H₂O＋CO₂↑

cV₁/1000     cV₁/1000

Na₂CO₃消耗的HCl共2cV₁/1 000 mol，则NaHCO₃消耗的HCl为(cV₂/1000－2cV₁/1000) mol，样品中NaHCO₃的纯度为：×100%。