Question

在常温下，某兴趣小组模拟“侯氏制碱法”制取碳酸钠，流程如下：
在常温下，有关物质的溶解度为：

物质	NH4Cl	NaHCO3	Na2CO3	NaCl
溶解度/g	37.2	9.6	21.5	36.0

（1）操作Ⅲ中的实验操作名称为

 

；
（2）操作I和操作II总反应的离子方程式为

 

；
（3）操作I和II不能颠倒的原因

 

；
（4）检验所得的碳酸钠粉末是否含有NaHCO₃，的实验方案是（写出操作步骤、现象、结论）：

 

；
（5）为了测定所制取产物的纯度（假设杂质只有碳酸氢钠）．该小组的实验步骤为：
i．使用下列装置组装实验装置，并检查气密性；
ii．称取Wg产品放入C装置的锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解
iii．称量D装置的质量为W₁g
iv．从分液漏斗滴入稀硫酸，直到不再产生气体为止
v．从a处缓缓鼓入一定量的空气，再次称量D装置质量为W₂g．
vi．重复步骤v的操作，直到D装置的质量不再改变，称得D装置的质量为W₃g．
根据上述实验回答如下问题：
①第i步，使用上述装置连接的接口顺序为：（b）→（e）（f）→

 

→

 

②产物中碳酸钠的质量分数为（数字可不必化简）

 

．

Answer 1

分析：（1）把固体与液体所形成混合物中固体分离出来的方法为过滤，据此分析解答；
（2）根据溶解度表可知，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，经过操作I和操作II，溶液中离子反应的本质为二氧化碳和水结合生成碳酸，氨气和水结合生成一水合氨，碳酸和一水合氨反应，钠离子和碳酸氢根离子结合生成碳酸氢钠沉淀；
（3）二氧化碳在水中的溶解度小，与水反应形成不稳定的碳酸，而把二氧化碳通入溶有氨气而呈碱性的水中，会使生成的碳酸与氨水发生反应，而增大二氧化碳气体的吸收，所以操作I和II不能颠倒；
（4）根据碳酸钠和碳酸氢钠的性质差异进行解答，碳酸氢钠受热易分解；
（5）①测定所制取产物的纯度（假设杂质只有碳酸氢钠），需将碳酸钠和碳酸氢钠变为二氧化碳，通过碱石灰吸收来测量，因空气中有二氧化碳，所以需先除掉空气中的二氧化碳，将装置中的产生二氧化碳排净，据此分析连接装置；
②根据碳原子守恒和质量守恒进行计算．

解答：解：（1）二氧化碳通入氨化的饱和氯化钠溶液中反应生成碳酸氢钠晶体，反应的化学方程式：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，操作Ⅲ中的实验操作目的是将沉淀和溶液分开，所以通过过滤，可把混在溶液中的碳酸氢钠晶体分离出来，
故答案为：过滤；
（2）因为氨气的溶解度比二氧化碳大得多，且溶液呈碱性，有利于二氧化碳的吸收；所以操作I先通入足量的氨气，操作II将二氧化碳通入氨化的饱和氯化钠溶液中，根据溶解度表可知，碳酸氢钠的溶解度比碳酸钠小，所以发生NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，本质为Na⁺+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄⁺，
故答案为：Na⁺+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（3）二氧化碳微溶于水，先通入二氧化碳，溶液中生成极少量的碳酸，再通入氨气，生成的产物量少，且易生成碳酸铵，氨气在水中溶解度很大，先通入氨气，溶液中生成较多的一水合氨，再通入CO₂，生成的产物量多，且易生成碳酸氢铵，
故答案为：由于NH₃在饱和NaCl溶液中溶解量比CO₂大，先通NH₃，溶液呈碱性，更易吸收CO₂，有利NaHCO₃的生成；所以应先通入NH₃；
（4）碳酸氢钠受热易分解，如果碳酸钠中含有碳酸氢钠，取少量产物于试管，加热发生2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，将产生的气体通入澄清石灰水，若使澄清石灰水变浑浊，证明有NaHCO₃，
故答案为：取少量产物于试管，加热，将产生的气体通入澄清石灰水，若使澄清石灰水变浑浊，证明有NaHCO₃；
（5）①空气经过氢氧化钠的洗气瓶可将空气中的二氧化碳吸收，连接试样溶液可将装置中的产生的二氧化碳排出，所以（b）→（e）（f），从试样溶液中产生的二氧化碳混有水蒸气，所以需通过浓硫酸干燥二氧化碳，所以连接→（c）（d），最后通过碱石灰吸收产生的二氧化碳，所以连接→（g）（h）[或（h）（g）]→（i），
故答案为：（c）（d）；（g）（h）[或（h）（g）]→（i）；
②2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，w₃-w₁为碳酸氢钠分解生成的二氧化碳的质量，令产物中碳酸钠、碳酸氢钠的物质的量分别为xmol、ymol，根据二者质量之和与碳离子物质的量列方程，则：

106x+84y=w (x+y)×44=w3-w1

，解得：x=

44w-84w3+84w1

44×22

mol，产物中碳酸钠的质量分数为：

53(11W+21W1-21W3)

121W

×100%或

106(11W+21W1-21W3)

242W

×100%；
故答案为：

53(11W+21W1-21W3)

121W

×100%或

106(11W+21W1-21W3)

242W

×100%．

点评：本题以工业生产纯碱的工艺流程为背景，考查了物质的提纯、化学实验基本操作、实验结果的处理等知识，（5）装置连接、产物中碳酸钠的质量分数计算是解答本题的难点，题目难度中等．