Question

16．已知NaHCO₃低溫時溶解度小，侯德榜制堿的方法是：向氨化的飽和食鹽水中通入過量的二氧化碳，即有晶體析出，經過濾、洗滌、焙燒得純堿．此過程可以表示為：
①NaCl（飽和）+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl（此反應是放熱反應）；
②2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
現某化學小組根據上述原理在實驗室中模擬制堿過程，圖1C裝置是溶有氨和NaCl的溶液，且二者均達到了飽和．
（1）制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關隨停，圖1A方框內應選用以下③裝置（填序號）．簡述該裝置能隨關隨停的理由關閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使固液分離從而停止反應．

（2）為使實驗能夠進行，在B方框應選用圖2中的⑤裝置（填寫序號），該裝置內應裝入的試劑是飽和碳酸氫鈉溶液．
（3）該小組同學按正確的方法連接裝置，檢驗氣密性合格后進行實驗，發現析出的晶體非常少，在老師的指導下，他們對某個裝置進行了改進，達到了實驗目的．你認為他們的改進方法是將C裝置浸泡在一個盛有冰水混合物的水槽里（或大燒杯中）．
（4）若所用飽和食鹽水中含有NaCl的質量為5.85 g，實驗后得到干燥的NaHCO₃晶體的質量為5.46 g，假設第二步分解時沒有損失，則Na₂CO₃的產率為65%（產率為實際產量占理論產量的百分比）．

Answer 1

分析 （1）制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關隨停，需要應用啟普發生器的裝置原理，利用止水夾控制氣體壓強，使液體和固體分離停止反應，打開壓強減小液體和固體接觸繼續反應；
（2）制備出二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，影響碳酸氫鈉的生成，B裝置中需要通過飽和碳酸氫鈉溶液除去；則B裝置為洗氣裝置；
（3）降低反應的溫度，碳酸氫鈉溶解度減小；
（4）依據化學方程式計算理論生成碳酸氫鈉的質量，依據碳酸氫鈉分解的化學方程式計算碳酸鈉質量，結合實際生成碳酸鈉的質量計算產率．

解答 解：（1）啟普發生器是隨時進行，隨時停止的裝置，適用于固體和液體不加熱反應生成不溶于水的氣體制備反應，所以制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關隨停應符合啟普發生器的原理應用，應該選用裝置③，利用止水夾控制氣體壓強，關閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使液體和固體分離停止反應，打開壓強減小液體和固體接觸繼續反應；
故答案為：③；關閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使固液分離從而停止反應；
（2）制備出二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，影響碳酸氫鈉的生成，B裝置中需要通過飽和碳酸氫鈉溶液除去；則B裝置洗氣裝置，導氣管長進短出，所以選擇圖中的裝置⑤；
故答案為：⑤；飽和碳酸氫鈉溶液；
（3）通過降低溫度，減小碳酸氫鈉的溶解度，使碳酸氫鈉析出，所以將C裝置浸泡在一個盛有冰水混合物的水槽里（大燒杯）可以達到目的；
故答案為：將C裝置浸泡在一個盛有冰水混合物的水槽里（或大燒杯中）；
（4）若所用飽和食鹽水中含有NaCl的質量為5.85g，理論上依據化學方程式計算：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃+NH₄Cl；得到碳酸氫鈉質量為8.4g，分解生成碳酸鈉質量依據化學方程式計算：2NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；碳酸鈉的質量為5.3g；實驗后得到干燥的NaHCO₃晶體的質量為5.46g，生成碳酸鈉質量為：
2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
168      106
5.46g   3.445g
假設第二步分解時沒有損失，則碳酸鈉的產率=$\frac{3.445g}{5.3g}$×100%=65%；
故答案為：65%．

點評 本題考查了純堿制備原理的實驗應用，此題是一道實驗探究綜合題，該題綜合性強，側重于考查學生對基礎知識的綜合應用能力和實驗探究能力，題目難度中等．