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，反应的化学方程式为NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl．然后再将NaHCO₃制成Na₂CO₃．

（1）装置乙的作用是

 

．为防止污染空气，尾气中含有的

 

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

 

、

 

、

 

．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t₁ min的NaHCO₃样品的组成进行了以下探究．取加热了t₁ min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c对应的溶液中的离子是

 

（填离子符号）；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 min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）,化学方程式的有关计算,有关混合物反应的计算

专题：计算题,元素及其化合物

分析：（1）装置甲是制备二氧化碳，气体中含有氯化氢气体对后续实验产生干扰，需要除去；尾气中含有氨气，不能排到空气中，需要吸收；
（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）装置甲是制备二氧化碳气体的反应装置，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体，对制备碳酸氢钠有影响，装置乙的作用是吸收氯化氢气体；最后的尾气中含有氨气不能排放到空气中，需要进行尾气吸收；
故答案为：除去二氧化碳中的氯化氢气体；氨气；
（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、洗涤、灼烧； 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，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：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．依据化学方程式存在的质量变化计算：
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．