Question

3．某學習小組利用下列裝置進行CO₂與飽和Na₂CO₃溶液反應制備NaHCO₃．
（1）如圖1所示，選取必要的實驗裝置，正確的連接順序為CAB（填序號）

（2）為確定制得的固體樣品是純凈的NaHCO₃ 小組同學提出下列實驗方案：
甲方案：將樣品溶液與飽和澄清石灰水反應，觀察現象．
乙方案：將樣品溶液與BaCl₂ 觀察現象．
丙方案：測定pH法
丁方案：熱重分析法
①判定甲方案不可行（填“可行”或“不可行”）
②為判定乙方案的可行性，某同學用分析純凈的NaHCO₃配制的溶液，與BaCl₂溶液等體積混合進行實驗，結果如下：

NaHCO3溶液 BaCl2濃度	0.2mol•L-1	0.1mol•L-1	0.02mol•L-1
0.2mol•L-1	渾濁	渾濁	少許渾濁
0.1mol•L-1	渾濁	少許渾池	無現糴
0.02mol•L-1	少許渾油	尤現象	尤現象

（Ⅰ）此實驗已可說明乙方案是不可行的．請結合以下數據，并通過計算說明產生渾濁的原因．
[已知：0.1 mol•L^-1NaHC0₃溶液電離出的c（CO₃^2-）為0.0011mol•L^-1，Ksp（BaCO₃）=5.1×10^-9]
答：Qc=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9．
（Ⅱ）產生渾濁的離子方程式為Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
③使用pH計進行測定的丙方案如下：
取m克的固體樣品溶解于水配成Vml的溶液，用pH計測pH：
還應補充的實驗是：另取等質量的分析純NaHC0₃溶于水中配成V mL的溶液，用pH計測pH 
④進行丁方案實驗，得到固體殘留率隨溫度變化的曲線如圖2所示，根據A點坐標得到的結論是制得的固體樣品是純凈的NaHCO₃．
（殘留率=$\frac{剩余固體的質量}{原始固體的質量}×100%$）

Answer 1

分析 （1）鹽酸與碳酸鈣反應生成二氧化碳氣體和氯化鈣，其中鹽酸易揮發，據此選擇儀器；
（2）①飽和澄清石灰水與碳酸鈉和碳酸氫鈉均能反應生成碳酸鈣沉淀，據此解答；
②（i）計算此時溶液中鋇離子濃度與碳酸根濃度的乘積與該溫度下碳酸鋇的溶度積常數比較即可；
（ii）鋇離子與碳酸氫根離子反應生成二氧化碳和碳酸鋇沉淀；
③取用實驗室中分析純與樣品進行pH的測算比較即可；
④發生2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，由圖中所給數據可知在180℃時，固體的殘留率為63.09%，根據方程式計算100g固體完全分解時剩余固體的質量，據此分析．

解答 解：（1）C為發生裝置，鹽酸與碳酸鈣反應生成二氧化碳氣體和氯化鈣，其中鹽酸易揮發，故應先選取碳酸氫鈉除去混合氣體中的HCl，故儀器連接順序為：CAB，
故答案為：CAB；
（2）①飽和澄清石灰水與碳酸鈉和碳酸氫鈉均能反應生成碳酸鈣沉淀，故甲方案不可行，
故答案為：不可行；
②（i）兩種溶液等體積混合后，溶液中鋇離子濃度=$\frac{0.2mol/L}{2}$=0.1mol/L，0.1 mol•L^-1 NaHC0₃溶液電離出的c（CO₃^2-）為0.0011 mol•L^-1，故Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9，故會產生沉淀，
故答案為：Qc=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9；
（ii）鋇離子與碳酸氫鈉電離出的碳酸根結合生成碳酸鋇沉淀，從而促進了碳酸氫根的電離，使其向生成碳酸根和氫離子的方向移動，故離子反應方程式為：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案為：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
③丙方案為測定pH法，由于碳酸氫鈉屬于強堿弱酸鹽，溶于水中配成V mL的溶液，利用準確度較高的pH計進行樣品的pH值，然后測量等質量等濃度的分析純NaHC0₃的pH值，最后比較即可，
故答案為：另取等質量的分析純NaHC0₃溶于水中配成V mL的溶液，用pH計測pH；
④發生反應為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，由圖中所給數據可知在180℃時，固體的殘留率為63.09%，
設碳酸氫鈉為100g，
則2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
  168        106
  100g        xg
解得：x=63.09g，
即理論上碳酸氫鈉每有100g分解應生成63.09g固體，
故由圖可知100g樣品分解恰好生成固體為63.09g，故此樣品只含有為NaHCO₃，
故答案為：制得的固體樣品是純凈的NaHCO₃．

點評 本題考查了制備方案的設計、碳酸氫鈉的性質、Ksp的有關計算等知識，題目難度較大，熟練掌握碳酸氫鈉的性質以及其熱分解原理是解決本題的關鍵，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．