Question

2．著名的“侯氏制堿法”的第一步反應是向飽和食鹽水中通入CO₂而析出NaHCO₃，該反應可表示為：NH₃+NaCl+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl
已知NaCl、NaHCO₃、NH₄Cl如下溫度的溶解度：

物質	NaCl	NaHCO3	NH4Cl
40℃時溶解度/g	37	13	46
10℃時溶解度/g			33

今在40℃時，向434g飽和食鹽水中通入44.8L（標準狀況）NH₃，再向溶液中通入過量的CO₂，求：
（1）可析出NaHCO₃多少克？
（2）NH₄Cl能否析出？
（3）若降溫至10℃，可析出NH₄Cl多少克？
（4）降溫至10℃時，若要析出更多的NH₄Cl晶體應采取什么措施？

Answer 1

分析 （1）根據40℃時NaCl的溶解度，可以計算出434 g食鹽水中NaCl的質量和物質的量，計算44.8L（標準狀況）NH₃的物質的量，反應式NH₃+NaCl+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl計算生成NaHCO₃的質量和溶液中剩余的水的質量，再結合40℃時NaHCO₃的溶解度計算可溶解NaHCO₃的質量，析出NaHCO₃的質量為生成的NaHCO₃質量減去溶解的NaHCO₃的質量；
（2）計算生成的NH₄Cl質量和40℃時280.8 g水中可溶NH₄Cl質量，比較二者的大小；
（3）根據10℃時NH₄Cl的溶解度，計算280.8 g水中可溶NH₄Cl質量，然后用生成的NH₄Cl質量減去該部分質量即可；
（4）降溫至10℃時，NH₄Cl溶液已飽和，可加入NaCl粉末，從而增加Cl^-離子濃度，使NH₄Cl的溶解平衡向左移動．

解答 解：根據40℃時NaCl的溶解度，可以計算出434 g食鹽水中NaCl的質量和物質的量：m（NaCl）=$\frac{37g}{137g}×434g$=117g，n（NaCl）=$\frac{117g}{58.5g/mol}$=2mol，
通入的NH₃的物質的量：n（NH₃）=$\frac{44.8L}{22.4L/mol}$=2mol，
由反應式NH₃+NaCl+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl可知各反應物和生成物之間物質的量相等的關系，
所以，可生成NaHCO₃的質量：m（NaHCO₃）=2 mol×84 g•mol^-1=168 g，
溶液中剩余的水的質量為：m（H₂O）=$\frac{434g×100g}{137g}$-2mol×18g/mol=280.8g，
這些水在40℃時可溶解NaHCO₃的質量：m（NaHCO₃）=$\frac{13g}{100g}×280.8g$=36.5g，
（1）析出NaHCO₃的質量為：m（NaHCO₃）=168 g-36.5 g=131.5 g，
答：可析出NaHCO₃為131.5g；
（2）現有NH₄Cl質量：m（NH₄Cl）=2 mol×53.5 g•mol^-1=107 g，40℃時，280.8 g水中可溶NH₄Cl質量：$\frac{280.8g×46g}{100g}$=129.17g，因為129.17 g＞107 g，所以NH₄Cl不能析出，
答：NH₄Cl不能析出；
（3）降溫至10℃，可析出NH₄Cl：m（NH₄Cl）=2 mol×53.5 g•mol^-1-$\frac{280.8g×33g}{100g}$=14.3g，
答：若降溫至10℃，可析出NH₄Cl14.3g；
（4）降溫至10℃時，NH₄Cl溶液已飽和，可加入NaCl粉末，攪拌使之溶解，從而增加Cl^-離子濃度，使NH₄Cl的平衡向左移動，則可析出更多的NH₄Cl晶體． 
答：降溫至10℃時，若要析出更多的NH₄Cl晶體，可加入NaCl粉末．

點評 本題考查了化學方程式的計算和沉淀溶解平衡的移動，難度中等，計算過程較為復雜、計算量較大，注意解答過程的簡潔和計算的準確性．