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/100 g水）表

温度 溶解度 盐	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	—
NH4C	l29.4	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^-1)的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色（指示+H⁺====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：

w(NaHCO₃)=___________________。

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Answer 1

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)×100%

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^-、、，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11.1 g，说明Na⁺、不可能全部沉淀。最终得到的母液中同时存在Na⁺、Cl^-、、，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

              cV₁/1 000      cV₁/1 000

NaHCO₃  +  HCl====NaCl+H₂O+CO₂↑

cV₁/1 000    cV₁/1 000

Na₂CO₃消耗的HCl共2cV₁/1 000 mol，则NaHCO₃消耗的HCl为（cV₂/1 000-2cV₁/1 000） mol，

样品中NaHCO₃的纯度为：×100%。