Question

12．某課外活動小組模擬工業制備純堿，方案如下：
（一）實驗原理：向飽和食鹽水中通入足量氨氣和過量二氧化碳，析出溶解度較小的碳酸氫鈉．（1）寫出相關離子方程式Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄⁺．
（二）實驗裝置：所需實驗藥品和裝置如圖所示：

（三）實驗步驟：
（2）組裝好裝置，然后應該進行的操作是檢查裝置氣密性．
（3）中間的燒瓶中加入20mL飽和食鹽水，并將其浸入冰水中；D中加入足量氫氧化鈉固體，E中加入足量濃氨水；B中加入足量碳酸鈣粉末，A中加入足量稀硫酸于（可分多次加入）．儀器A的名稱是分液漏斗，選擇用稀硫酸而不用稀鹽酸的好處是鹽酸易揮發，CO₂中混入HCl．
（4）先打開K₂（填K₁或K₂），將裝置A或E中的試劑慢慢加入圓底燒瓶．大約20分鐘左右時，觀察到飽和食鹽水上方有大量的白霧現象時，再打開K₁（填K₁或K₂），將裝置A或E中的試劑慢慢加入圓底燒瓶，大約5分鐘即有渾濁出現，約15分鐘出現大量白色固體．
（四）純堿制備：
（5）上述實驗結束后，欲得到純堿，將固體過濾、洗滌后，還需進行的操作是加熱（或灼燒）（不加任何其它試劑，裝置任選），反應的化學方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；若將上述操作產生的氣體全部通過濃硫酸，再通過足量的過氧化鈉，過氧化鈉增重0.28g，則制得的純堿質量為1.06g．

Answer 1

分析 圖中裝置A、B制取二氧化碳，裝置D、E制取氨氣，氨氣極易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度較小，先通入氨氣，氨氣與水形成呈堿性的氨水可與二氧化碳與水生成的碳酸發生反應，更有利于二氧化碳氣體的吸收，向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后通入二氧化碳，析出溶解度較小的碳酸氫鈉，碳酸氫鈉受熱分解制得碳酸鈉．
（1）向飽和食鹽水中通入足量氨氣和過量二氧化碳，析出溶解度較小的碳酸氫鈉，反應的化學方程式為：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（2）實驗需要制備原料氣氨氣與二氧化碳，裝置氣密性要好；
（3）根據儀器的結構特征，可知A為分液漏斗；鹽酸易揮發，用鹽酸制取的二氧化碳中混有氯化氫，氯化氫與碳酸鈉、碳酸氫鈉都能反應；
（4）二氧化碳在水中的溶解度較小，氨氣易溶于水，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水；氨水存在平衡：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，根據平衡移動原理分析生成氨氣；
大約20分鐘左右時，觀察到飽和食鹽水上方有有大量的白霧時，氨氣在氯化鈉溶液中已經飽和；
（5）碳酸氫鈉不穩定，在加熱條件下能分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳，濃硫酸具有吸水性，再通過足量的過氧化鈉，發生反應：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，固體增重為與二氧化碳等物質的量的CO的質量，再根據方程式計算純堿質量．

解答 解：圖中裝置A、B制取二氧化碳，裝置D、E制取氨氣，氨氣極易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度較小，先通入氨氣，氨氣與水形成呈堿性的氨水可與二氧化碳與水生成的碳酸發生反應，更有利于二氧化碳氣體的吸收，向飽和食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后通入二氧化碳，析出溶解度較小的碳酸氫鈉，碳酸氫鈉受熱分解制得碳酸鈉．（1）向飽和食鹽水中通入足量氨氣和過量二氧化碳，析出溶解度較小的碳酸氫鈉，反應的化學方程式為：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl，所以離子反應方程式為：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄⁺，故答案為：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（2）模擬工業制備純堿：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl，圖中裝置A、B制取二氧化碳，裝置D、E制取氨氣，裝置氣密性要好，所以儀器按上圖組裝好后，首先應該進行的操作是檢驗裝置氣密性，
故答案為：檢驗裝置的氣密性；
（3）根據儀器特點可知A為分液漏斗，二氧化碳為制備純堿的原料氣體，氯化氫能和碳酸鈉、碳酸氫鈉反應，氯化氫易揮發，用鹽酸和碳酸鈣制取的二氧化碳中混有氯化氫，影響后續反應，所以用難揮發的硫酸分多次和碳酸鈣粉末反應制取二氧化碳，
故答案為：分液漏斗；鹽酸易揮發，CO₂中混入HCl；
（4）因氨氣溶解度大，先通入氨氣使溶液呈堿性，增大二氧化碳的吸收量，增大碳酸氫根離子的濃度，所以實驗過程中先通入氨氣，先打開K₂，將裝置E中的試劑慢慢加入圓底燒瓶，燒瓶中氫氧化鈉遇水放熱，同時電離出大量OH^-離子，使NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-平衡逆向移動，產生氨氣，大約20分鐘左右時，觀察到飽和食鹽水上方有大量的白霧時，氨氣在氯化鈉溶液中已經飽和，所以再打開K₁，制取二氧化碳通入二氧化碳反應，
故答案為：K₂；大量的白霧；K₁；
（5）碳酸氫鈉受熱發生的反應為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，濃硫酸具有吸水性，再通過足量的過氧化鈉，2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，固體增重為與二氧化碳等物質的量的CO的質量，n（CO）═0.1mol，根據碳原子守恒：n（CO₂）=n（CO）=$\frac{0.28g}{28g/mol}$0.01mol，
由2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，可知n（Na₂CO₃）=n（CO₂）=0.01mol，則制得的純堿質量為：m（Na₂CO₃）=nM=0.01mol×106g/mol=1.06g，
故答案為：加熱（或灼燒）；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；1.06．

點評 本題是一道有關工業制純堿知識的綜合實驗題目，考查學生分析和解決問題的能力，掌握制堿原理是解題的關鍵，題目難度中等．