Question

我国著名化学家侯德榜先生发明的“侯氏制碱法”，因原料利用率高．并能进行连续生产，从而享誉中外．“侯氏制碱法”的基本做法是向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，获得碳酸氢钠晶体，再将所得碳酸氢钠晶体加热分解后即可得到纯碱．它的反应原理可用下列化学方程式表示：
NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl
2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
某课外兴趣小组同学，按照“侯氏制碱法”原理，设计了如下一套实验装置实验室可选药品有浓氨水、纯碱、大理石、稀盐酸、稀硫酸、熟石灰、氯化铵，氯化钠．
（1）选用最合适的试剂的名称A

 

；D

 

（2）本实验具体操作过程中，应先通

 

气体，再通

 

气体；原因是

 

（3）指出该装置的至少两处错误

 

（4）在改进装置后，该同学进行了实验，实验所用的饱和NaCl溶液中含溶质58.5g，实验最后得到无水碳酸钠26g，则其产率为

 

；该同学针对其实验结果，认真分析了造成损失的原因，发现其操作步骤并没有错误，则主要原因是

 

．
（5）在“侯氏制碱法”的工业生产中，原料的利用率高，大大降低了成本．请问本实验中哪些物质可重复利用？

 

．

Answer 1

考点：探究碳酸钠与碳酸氢钠的性质

专题：实验题

分析：根据反应原理，实验操作过程为：先制得NH₃（左边装置）和CO₂（右边装置），再将制得的气体依次通入B装置中饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体，再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱，
（1）A中试剂通过加热制取氨气，可以选用氢氧化钙与和氯化铵；D装置中的试剂与大理石反应生成二氧化碳气体，可以选用稀盐酸；
（2）二氧化碳不易溶于水，氨气极易溶于水，据此判断通入氨气、二氧化碳气体的顺序；
（3）氨气极易溶于水，导管不能伸入液面以下、BC间缺少止水夹、装置B应该与大气相通；
（4）根据反应方程式找出关系式，根据氯化钠的质量计算出理论上生成碳酸钠的质量，然后计算出产率；根据碳酸氢钠的溶解度较大分析；
（5）根据制备原理判断反应过程中可以重复利用的物质．

解答： 解：根据反应原理可知，制备纯碱的实验操作过程为：先制得NH₃（左边装置）和CO₂（右边装置），再将制得的气体依次通入B装置中饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体，再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱，
（1）试剂A用于制取氨气，可以选用氯化铵和熟石灰；试剂B与大理石反应制取二氧化碳气体，则试剂B为稀盐酸，
故答案为：氯化铵和熟石灰；稀盐酸；
（2）CO₂在水中溶解度小，氨气极易溶于水，则先通NH₃至饱和，然后通入二氧化碳气体，有利于NaHCO₃析出，
故答案为：NH₃；CO₂；CO₂在水中溶解度小，先通NH₃至饱和，有利于NaHCO₃析出；
（3）根据图示装置可知，该装置的错误有：BC之间缺少止水夹、B装置应与大气相通、通NH₃的导管不应伸入液面以下，
故答案为：BC之间缺少止水夹、B装置应与大气相通（或通NH₃的导管不应伸入液面以下）；
（4）根据反应NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl、2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O可得关系式：2NaCl～Na₂CO₃，58.5gNaCl的物质的量为：n（NaCl）=

58.5g

58.5g/mol

=1mol，1mol氯化钠完全反应理论上生成0.5mol碳酸钠，
则碳酸钠的产率为：

26g

106g/mol×0.5mol

×100%≈49.1%；
如果操作正确，若碳酸氢钠的溶解度较大，会导致碳酸氢钠没有完全沉淀出来，所以碳酸钠的产率降低，
故答案为：49.1%；NaHCO₃在水中有较大的溶解度，未能全部沉淀出来；
（5）根据反应方程式NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl、2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O可知，NH₄Cl、CO₂可以循环利用，
故答案为：NH₄Cl、CO₂．

点评：本题以侯氏制碱法的原理为切入点，分别考查药品的选用、操作过程分析、实验装置评价、化学计算、化工生产原理等知识，题目难度中等，正确分析题干信息为解答关键，试题有利于培养学生的分析、理解能力及化学实验能力．