Question

20．工業以NaCl、NH₃、CO₂等為原料先制得NaHCO₃，進而生產出純堿．有關反應的化學方程式為：NH₃+CO₂+H₂O     NH₄HCO₃；   
NH₄HCO₃+NaCl  NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O 
（1）碳酸氫銨與飽和食鹽水反應，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是C（填字母標號）．
a．碳酸氫鈉難溶于水             
b．碳酸氫鈉受熱易分解
c．碳酸氫鈉的溶解度相對較小，所以在溶液中首先結晶析出
d．碳酸氫鈉的穩定性大于碳酸鈉
（2）某活動小組根據上述制堿原理，進行碳酸氫鈉的制備實驗．
①一位同學將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實驗裝置如下圖所示（圖中夾持、固定用的儀器未畫出）．
試回答下列有關問題：
（Ⅰ）乙裝置中的試劑是飽和的碳酸氫鈉溶液，其作用是除去CO₂中的HCl氣體；

（Ⅱ）丁裝置中稀硫酸的作用是吸收未反應完的NH₃；
（Ⅲ）實驗結束后，分離出NaHCO₃ 晶體的操作是過濾（填分離操作的名稱），該操作所需要的玻璃儀器有漏斗、燒杯、玻璃棒
②另一位同學用圖中戊裝置（其它裝置未畫出）進行實驗．
（Ⅰ）實驗時，須先從a管通入氨氣氣體，說明原因二氧化碳的溶解度較小，氨氣易溶于水，能生成更多的碳酸氫銨
（Ⅱ）有同學建議在戊裝置的b管下端連接己裝置，理由是增大氣體與溶液接觸面積，提高CO₂的吸收率
（3）碳酸氫鈉受熱所得固體12.28g與足量的石灰水充分反應，所得沉淀經洗滌、干燥質量為12.00g，則所得固體中碳酸鈉的質量分數為86.3%．
（4）請你再設計出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法：用碳酸氫銨與適量飽和食鹽水反應（或往燒堿溶液中通入過量CO₂；往飽和Na₂CO₃溶液中通入過量CO₂等）．

Answer 1

分析 （1）碳酸氫鈉易溶于水，穩定性小于碳酸鈉，受熱易分解；
（2）①（Ⅰ）依據用鹽酸制取二氧化碳時常會含有氯化氫氣體分析即可解答；
（Ⅱ）依據稀硫酸能與氨氣反應，氨氣有毒易造成污染分析解答；
（Ⅲ）依據分離固體與液體采用的實驗操作是過濾，根據過濾操作選擇玻璃儀器；
②（Ⅰ）從制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水，以及氨氣易溶于水分析判斷，二氧化碳的溶解度較小，氨氣易溶于水；
（Ⅱ）從裝置改動后反應物的接觸面積變大分析判斷；
（3）依據化學方程式結合反應過程分析判斷，依據生成沉淀為碳酸鈣，加熱碳酸氫鈉分解后的混合物質量列方程計算；
（4）從題干信息以及所學的制取碳酸氫鈉的知識解決，即燒堿或碳酸鈉和過量二氧化碳反應生成碳酸氫鈉．

解答 解：（1）A．碳酸氫鈉易溶于水，故A錯誤；
B．碳酸氫鈉受熱易分解，與其在溶液中首先結晶析出無關，故B錯誤；
C．碳酸氫鈉的溶解度相對于氯化銨來說碳酸氫鈉的溶解度更小一些，所以在溶液中首先結晶析出，故C正確；
D．碳酸氫鈉的穩定性小于碳酸鈉，故D錯誤；
故選C；
（2）①（Ⅰ）利用鹽酸制取二氧化碳時二氧化碳中常會含有氯化氫氣體，碳酸氫鈉能與鹽酸反應，所以通過飽和碳酸氫鈉的溶液是為了除掉氣體中的氯化氫氣體，
故答案為：飽和的碳酸氫鈉溶液；除去CO₂中的HCl氣體；
（Ⅱ）實驗過程中氨氣可能有剩余，而稀硫酸能與氨氣反應，所以稀硫酸的作用是吸收末反應的NH₃，防止造成污染，
故答案為：吸收未反應完的NH₃；
（Ⅲ）過濾是將固體不溶物跟液體分離的一種方法，分離出NaHCO₃晶體的操作是分離固體與液體，所以常采用的實驗操作是過濾操作，過濾需要的儀器有：燒杯、玻璃棒、鐵架臺、漏斗；燒杯用來盛放液體，漏斗用于過濾，玻璃棒用來引流和攪拌，所以該操作使用的玻璃儀器有：漏斗、燒杯、玻璃棒，
故答案為：過濾；漏斗、燒杯、玻璃棒；
②（Ⅰ）二氧化碳在水中的溶解度較小，不能形成碳酸氫鈉的飽和溶液，而氨氣極易溶于水，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水，應先通入氨氣，所以a端通入，從而保證了從b通入二氧化碳時保證了二氧化碳的充分反應，
故答案為：氨氣；二氧化碳的溶解度較小，氨氣易溶于水，能生成更多的碳酸氫銨；
（Ⅱ）裝置改動后反應物的二氧化碳與溶液的接觸面積變大，提高了二氧化碳的吸收率，
故答案為：增大氣體與溶液接觸面積，提高CO₂的吸收率；
（3）碳酸氫鈉受熱發生的反應為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，與足量的石灰水充分反應，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O+NaOH；Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；
反應生成的碳酸鈣物質的量為：$\frac{12g}{100g/mol}$=0.12mol；
設加熱后的固體12.28g中含碳酸鈉物質的量x、碳酸氫鈉物質的量為y，依據題意得到：
①x+y=0.12、②106x+84y=12.28，
根據①②解得：x=0.1mol、y=0.02mol，
則所得固體中碳酸鈉的質量分數為：$\frac{0.1mol×106g/mol}{12.28}$×100%=86.3%，
故答案為：86.3%．
（4）從題干信息NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl；可得制取碳酸氫鈉的方法，同時也可采用燒堿溶液中通入過量CO₂，往飽和Na₂CO₃ 溶液中通入過量CO₂ 等得到碳酸氫鈉；
故答案為：用碳酸氫銨與適量飽和食鹽水反應（或往燒堿溶液中通入過量CO₂；往飽和Na₂CO₃溶液中通入過量CO₂等）．

點評 本題考查了工業制純堿的流程和原理，考查了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．