Question

某化学小组模拟“侯氏制碱法”，以NaCl、NH₃、CO₂和水等为原料以及如图1所示装置制取NaHCO₃，然后再将NaHCO₃制成Na₂CO₃．

（1）装置丙中冷水的作用是

 

；
（2）由装置丙中产生的NaHCO₃制取Na₂CO₃时，需要进行的实验操作有

 

、洗涤、灼烧．NaHCO₃转化为Na₂CO₃的化学方程式为

 

；
（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO₃将分解不完全，该小组对一份加热了t₁min的NaHCO₃样品的组成进行了以下探究．取加热了t₁min的NaHCO₃样品29.6g完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，溶液中有关离子的物质的量的变化如图2所示．
则曲线a对应的溶液中的离子是

 

（填离子符号下同）；曲线c对应的溶液中的离子是

 

；该样品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比是

 

；
（4）若取21.0g NaHCO₃固体，加热了t₂ rnin后，剩余固体的质量为l4.8g．如果把此剩余固体全部加入到200mL 2mol?L^-1的盐酸中，则充分反应后溶液中H⁺的物质的量浓度为

 

（设溶液体积变化忽略不计）

Answer 1

考点：纯碱工业（侯氏制碱法）

专题：几种重要的金属及其化合物

分析：（1）温度越低，NaHCO₃的溶解度越小；
（2）装置丙中是氨化的饱和食盐水中通入二氧化碳生成碳酸氢钠晶体，通过过滤得到晶体洗涤灼烧得到碳酸钠；NaHCO₃转化为Na₂CO₃的方法是固体加热分解；
（3）混合物是碳酸钠和碳酸氢钠，滴入盐酸发生反应CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；  HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；依据图象分析碳酸根离子减小，碳酸氢根离子增多；
（4）依据反应前后质量变化是碳酸氢钠分解的原因，依据反应前后质量变化计算反应的碳酸氢钠和生成的碳酸钠，结合试样质量计算剩余碳酸氢钠，计算得到混合物反应消耗的氢离子得到．

解答： 解：（1）NaHCO₃的溶解度随着温度的降低而减小，故用冷水可以使溶液冷却，降低NaHCO₃的溶解度，使之更易析出，故答案为：冷却，使NaHCO₃晶体析出；
（2）由装置丙中产生的NaHCO₃发生的反应为，NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；制取Na₂CO₃时需要过滤得到晶体，洗涤后加热灼烧得到碳酸钠；碳酸氢钠受热分解生成二氧化碳、碳酸钠、水，反应为：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案为：过滤； 2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO₃将分解不完全，该小组对一份加热了t₁min的NaHCO₃样品的组成进行了研究．取加热了t₁min的NaHCO₃样品29.6g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌．随着盐酸的加入，发生反应 CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；  HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；溶液中有关离子的物质的量的变化为：碳酸根离子减小，碳酸氢根离子浓度增大，当碳酸根离子全部转化为碳酸氢根离子，再滴入盐酸和碳酸氢根离子反应生成二氧化碳，碳酸氢根离子减小，在此过程中，Na⁺不参与反应，浓度一直不变，故a曲线表示的是Na⁺浓度的变化；所以c曲线表示的是碳酸氢根离子浓度变化；碳酸根离子浓度0.2mol/L；碳酸氢根离子浓度为0.1mol/L；样品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比是1：2；
故答案为：Na⁺；HCO₃^-；1：2；
（4）若取21g NaHCO₃固体物质的量=

21g

84g/mol

=0.25mol，加热了t₁min后，剩余固体的质量为14.8g．
2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
 2         1                 62
0.2mol    0.1mol           21g-14.8g
反应后NaHCO₃物质的量=0.25mol-0.2mol=0.05mol；NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑；消耗氯化氢物质的量0.05mol；
Na₂CO₃物质的量=0.1mol，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，消耗氯化氢物质的量0.2mol；剩余氯化氢物质的量=0.200L×2mol/L-0.05mol-0.2mol=0.15mol，剩余溶液中c（H⁺）=

0.15mol

0.2L

=0.75mol/L，
故答案为：0.75mol/L．

点评：本题考查了工业制纯碱的原理分析，生产过程中的物质变化，混合物成分的分析判断和计算应用，实验过程分析，除杂操作，尾气吸收，图象定量分析判断，题目难度中等．