Question

20．工业以NaCl、NH₃、CO₂等为原料先制得NaHCO₃，进而生产出纯碱．有关反应的化学方程式为：NH₃+CO₂+H₂O     NH₄HCO₃；   
NH₄HCO₃+NaCl  NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O 
（1）碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是C（填字母标号）．
a．碳酸氢钠难溶于水             
b．碳酸氢钠受热易分解
c．碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出
d．碳酸氢钠的稳定性大于碳酸钠
（2）某活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验．
①一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）．
试回答下列有关问题：
（Ⅰ）乙装置中的试剂是饱和的碳酸氢钠溶液，其作用是除去CO₂中的HCl气体；

（Ⅱ）丁装置中稀硫酸的作用是吸收未反应完的NH₃；
（Ⅲ）实验结束后，分离出NaHCO₃ 晶体的操作是过滤（填分离操作的名称），该操作所需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒
②另一位同学用图中戊装置（其它装置未画出）进行实验．
（Ⅰ）实验时，须先从a管通入氨气气体，说明原因二氧化碳的溶解度较小，氨气易溶于水，能生成更多的碳酸氢铵
（Ⅱ）有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是增大气体与溶液接触面积，提高CO₂的吸收率
（3）碳酸氢钠受热所得固体12.28g与足量的石灰水充分反应，所得沉淀经洗涤、干燥质量为12.00g，则所得固体中碳酸钠的质量分数为86.3%．
（4）请你再设计出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法：用碳酸氢铵与适量饱和食盐水反应（或往烧碱溶液中通入过量CO₂；往饱和Na₂CO₃溶液中通入过量CO₂等）．

Answer 1

分析 （1）碳酸氢钠易溶于水，稳定性小于碳酸钠，受热易分解；
（2）①（Ⅰ）依据用盐酸制取二氧化碳时常会含有氯化氢气体分析即可解答；
（Ⅱ）依据稀硫酸能与氨气反应，氨气有毒易造成污染分析解答；
（Ⅲ）依据分离固体与液体采用的实验操作是过滤，根据过滤操作选择玻璃仪器；
②（Ⅰ）从制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，以及氨气易溶于水分析判断，二氧化碳的溶解度较小，氨气易溶于水；
（Ⅱ）从装置改动后反应物的接触面积变大分析判断；
（3）依据化学方程式结合反应过程分析判断，依据生成沉淀为碳酸钙，加热碳酸氢钠分解后的混合物质量列方程计算；
（4）从题干信息以及所学的制取碳酸氢钠的知识解决，即烧碱或碳酸钠和过量二氧化碳反应生成碳酸氢钠．

解答 解：（1）A．碳酸氢钠易溶于水，故A错误；
B．碳酸氢钠受热易分解，与其在溶液中首先结晶析出无关，故B错误；
C．碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说碳酸氢钠的溶解度更小一些，所以在溶液中首先结晶析出，故C正确；
D．碳酸氢钠的稳定性小于碳酸钠，故D错误；
故选C；
（2）①（Ⅰ）利用盐酸制取二氧化碳时二氧化碳中常会含有氯化氢气体，碳酸氢钠能与盐酸反应，所以通过饱和碳酸氢钠的溶液是为了除掉气体中的氯化氢气体，
故答案为：饱和的碳酸氢钠溶液；除去CO₂中的HCl气体；
（Ⅱ）实验过程中氨气可能有剩余，而稀硫酸能与氨气反应，所以稀硫酸的作用是吸收末反应的NH₃，防止造成污染，
故答案为：吸收未反应完的NH₃；
（Ⅲ）过滤是将固体不溶物跟液体分离的一种方法，分离出NaHCO₃晶体的操作是分离固体与液体，所以常采用的实验操作是过滤操作，过滤需要的仪器有：烧杯、玻璃棒、铁架台、漏斗；烧杯用来盛放液体，漏斗用于过滤，玻璃棒用来引流和搅拌，所以该操作使用的玻璃仪器有：漏斗、烧杯、玻璃棒，
故答案为：过滤；漏斗、烧杯、玻璃棒；
②（Ⅰ）二氧化碳在水中的溶解度较小，不能形成碳酸氢钠的饱和溶液，而氨气极易溶于水，制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，应先通入氨气，所以a端通入，从而保证了从b通入二氧化碳时保证了二氧化碳的充分反应，
故答案为：氨气；二氧化碳的溶解度较小，氨气易溶于水，能生成更多的碳酸氢铵；
（Ⅱ）装置改动后反应物的二氧化碳与溶液的接触面积变大，提高了二氧化碳的吸收率，
故答案为：增大气体与溶液接触面积，提高CO₂的吸收率；
（3）碳酸氢钠受热发生的反应为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，与足量的石灰水充分反应，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O+NaOH；Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；
反应生成的碳酸钙物质的量为：$\frac{12g}{100g/mol}$=0.12mol；
设加热后的固体12.28g中含碳酸钠物质的量x、碳酸氢钠物质的量为y，依据题意得到：
①x+y=0.12、②106x+84y=12.28，
根据①②解得：x=0.1mol、y=0.02mol，
则所得固体中碳酸钠的质量分数为：$\frac{0.1mol×106g/mol}{12.28}$×100%=86.3%，
故答案为：86.3%．
（4）从题干信息NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl；可得制取碳酸氢钠的方法，同时也可采用烧碱溶液中通入过量CO₂，往饱和Na₂CO₃ 溶液中通入过量CO₂ 等得到碳酸氢钠；
故答案为：用碳酸氢铵与适量饱和食盐水反应（或往烧碱溶液中通入过量CO₂；往饱和Na₂CO₃溶液中通入过量CO₂等）．

点评 本题考查了工业制纯碱的流程和原理，考查了学生分析和解决问题的能力，掌握制碱原理是解题的关键，题目难度中等．