Question

5．在實驗室中，可利用碳酸氫鈉、氯化鈉、氯化銨等物質溶解度的差異，通過飽和食鹽水、氨和二氧化碳反應，獲得碳酸氫鈉晶體，反應原理可用如下化學方程式表示：NH₃+CO₂+NaCl+H₂O═NH₄Cl+NaHCO₃↓，依據此原理，欲制得碳酸鈉晶體，某校學生設計了如圖實驗裝置，其中B裝置中的試管內是溶有氨和氯化鈉的溶液，且二者均已達到飽和：
（1）A裝置中所發生反應的離子方程式為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O．
C裝置中稀硫酸的作用為：吸收從B裝置中的試管內逸出的氨氣，減少對環境的污染．
（2）表中所列出的是相關物質在不同溫度下的溶解度數據（g/100g水）

	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃
NaCl	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6	37.0
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7	14.5
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4

參照表中數據，請分析B裝置中使用冰水是因為溫度越低碳酸氫鈉溶解度越小，便于析出．
（3）該校學生在檢查完此套裝置氣密性后進行實驗，結果沒有得到碳酸氫鈉晶體，指導教師指出應在A與B裝置之間（填寫字母）連接一個盛有飽和NaHCO₃溶液 的洗氣裝置，其作用是除去CO₂中混有的HCl氣體．
（4）利用改進后的裝置進行實驗，在B中的試管內析出了晶體，經必要的操作后得到了一種純凈的晶體．請通過簡單實驗判斷該晶體是碳酸氫鈉晶體晶體而不是碳酸氫銨晶體，簡述操作方法、實驗現象及結論：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃．
（5）若該校學生進行實驗時，所用飽和食鹽水中含NaCl的質量為5.85g，實驗后得到干燥的NaHCO₃晶體的質量為5.88g，則NaHCO₃的產率為70%．

Answer 1

分析 （1）A裝置是指取二氧化碳氣體的裝置，是碳酸鈣和鹽酸發生反應生成氯化鈣、水和二氧化碳；C裝置稀硫酸是尾氣處理裝置吸收過量的氨氣；
（2）B裝置中的試管內是溶有氨和氯化鈉的飽和溶液，通入二氧化碳氣體會發生反應生成碳酸氫鈉和氯化銨，溫度越低越有利于碳酸氫鈉的晶體析出；
（3）通入二氧化碳沒有得到碳酸氫鈉晶體，是二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，通入后和氨氣反應不能生成碳酸氫鈉，所以需要加一個洗氣裝置用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳中的氯化氫氣體；
（4）碳酸氫鈉受熱分解為碳酸鈉、水、二氧化碳，碳酸氫銨受熱分解為氨氣、水、二氧化碳，根據加熱后的產物判斷；
（5）依據化學方程式計算理論生成碳酸氫鈉的質量，結合實際生成的碳酸氫鈉的質量計算產率．

解答 解：（1）A裝置是指取二氧化碳氣體的裝置，是碳酸鈣和鹽酸發生反應生成氯化鈣、水和二氧化碳；反應的離子方程式為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；C裝置稀硫酸是尾氣處理裝置吸收過量的氨氣，防止污染環境；
故答案為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；吸收從B裝置中的試管內逸出的氨氣，減少對環境的污染；
（2）B裝置中的試管內是溶有氨和氯化鈉的飽和溶液，通入二氧化碳氣體會發生反應生成碳酸氫鈉和氯化銨，依據圖標分析可知溫度越低，碳酸氫鈉的溶解度越小，所以溫度越低越有利于碳酸氫鈉的晶體析出；
故答案為：溫度越低碳酸氫鈉溶解度越小，便于析出；
（3）二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，通入后和氨氣反應不能生成碳酸氫鈉，所以的不到碳酸氫鈉晶體，所以需要加一個洗氣裝置用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳中的氯化氫氣體；
故答案為：A與B；飽和NaHCO₃溶液；除去CO₂中混有的HCl氣體；
（4）碳酸氫鈉在加熱的條件下生成碳酸鈉、水和二氧化碳，反應為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，有白色固體碳酸鈉剩余，碳酸氫銨（NH₄HCO₃）受熱分解，生成氨氣（NH₃）、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：NH₄HCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+CO₂↑+H₂O，無固體剩余，所以判斷該晶體是碳酸氫鈉晶體而不是碳酸氫銨晶體，方法為：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃，故答案為：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃；
（5）飽和食鹽水中含NaCl的質量為5.85g，依據化學方程式計算NH₃+CO₂+NaCl+H₂O═NH₄Cl+NaHCO₃（晶體），理論得到碳酸氫鈉質量為8.4g：實驗后得到干燥的NaHCO₃晶體的質量為5.88g，則碳酸氫鈉的產率=$\frac{5.88g}{8.4g}$×100%=70%；
故答案為：70%．

點評 本題考查了侯氏制堿的反應原理和實驗設計和操作，產率計算方法，流程中注意問題的分析是解題關鍵，題目難度中等．