Question

11．2016年8月的eLife上發表了我國醫學工作者的一篇論文．論文指出小蘇打在治療癌癥的方法中功不可沒．在實驗室中制取NaHCO₃的方法有多種．
方法一：模擬工業“侯氏制堿法”制取：（原理NaCl+H₂O+CO₂+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl）
第一步：連接好裝置，檢驗氣密性，在儀器內裝入藥品．
第二步：讓某一裝置先發生反應，直到產生的氣體不能再在Ⅲ中溶解，再通入另一裝置中產生的氣體，片刻后，Ⅲ中出現固體．繼續向Ⅲ中通入兩種氣體，直到不再有固體產生．
第三步：分離Ⅲ中所得的混合物，得到NaHCO₃固體．
第四步：向濾液中加入適量的某固體粉末，有NH₄Cl晶體析出．

（1）圖1中所示裝置的連接順序是：a接f；e接d；b接c（填接口編號）．
（2）Ⅰ中盛放稀鹽酸的儀器名稱是長頸漏斗，Ⅳ中應選用的液體為飽和NaHCO₃溶液．
（3）第二步中讓B（填序號）裝置先發生反應．
（4）第四步中所加固體粉末為NaCl．所得的晶體中常含有少量的NaCl和NaHCO₃
（約占5%～8%），請設計一個簡單的實驗，不使用其他任何試劑，證明所得晶體大部分是NH₄C1．簡要寫出操作和現象取少量固體放入試管中，加熱，固體大部分消失，在試管口內壁又有較多的固體凝結．
方法二：把CO₂通入飽和Na₂CO₃溶液制取NaHCO₃．裝置如圖2所示（氣密性已檢驗，部分夾持裝置略）：
（5）請結合化學平衡移動原理解釋B中溶液的作用CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發出來的HCl氣體．
（6）當C中有大量白色固體析出時，停止實驗，將固體過濾、洗滌、干燥備用．為確定固體的成分，實驗小組設計方案如下（取一定量的固體，配成溶液作為樣液，其余固體備用）：
①方案1：取樣液與澄清的Ca（OH）₂溶液混合，出現白色沉淀．
實驗小組對現象產生的原理進行分析，認為該方案不合理，理由是Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發生反應生成白色沉淀，無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃．
②方案2：取樣液與BaCl₂溶液混合，出現白色沉淀并有氣體產生．
實驗小組認為固體中存在NaHCO₃，其離子方程式是2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
方法三：（7）請你再寫出一種實驗室制取少量碳酸氫鈉的方法（用相關的化學反應方程式來表示）：NaOH+CO₂=NaHCO₃或Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃．

Answer 1

分析 （1）根據裝置A制取CO₂，裝置B制取NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中，其中氨氣應防止倒吸，據此分析連接儀器裝置；
（2）A裝置是制備二氧化碳氣體一般用碳酸鈣和鹽酸反應生成，二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，會影響碳酸氫鈉的生成，D為裝置除雜可以用飽和碳酸氫鈉溶液；
（3）氨氣易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度較小，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水；
（4）為了析出氯化銨晶體，則向濾液中加入適量的NaCl粉末，提高氯離子濃度，使NH₄Cl晶體析出；實驗證明所得固體的成分大部分是氯化銨，是利用氯化銨的性質，受熱生成氯化氫和氨氣氣體，在試管口處溫度降低重新生成固體氯化銨分析判斷；
（5）B中酸可抑制二氧化碳的溶解，且能夠吸收二氧化碳中的氯化氫氣體；
（6）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發生反應生成白色沉淀；
②樣液與BaCl₂溶液混合，現白色沉淀并有氣體產生，沉淀為碳酸鋇、氣體為二氧化碳；
（7）氫氧化鈉與過量的二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，也可以用碳酸鈉與二氧化碳反應生成碳酸氫鈉，據此寫出反應的化學方程式．

解答 解：（1）向飽和氯化鈉溶液中通入足量的二氧化碳與氨氣反應生成NaHCO₃沉淀，則裝置A產生CO₂，裝置B產生NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中，其中氨氣應防止倒吸，則b接c，故a接f、e接d，
故答案為：d、c；
（2）A裝置是制備二氧化碳氣體的反應，所以Ⅰ中盛放稀鹽酸的儀器名稱是長頸漏斗，生成的二氧化碳氣體中含有氯化氫，若不除去碳酸氫鈉難以形成，所以應用飽和碳酸氫鈉溶液或飽和氯化鈉溶液除去，
故答案為：長頸漏斗；飽和NaHCO₃溶液；
（3）候氏制堿方法是利用氨氣溶解性大極易溶解于水，二氧化碳氣體水中溶解性較小，實驗飽和食鹽水中先通入氨氣，再通入二氧化碳氣體；實驗操作過程中，應讓B裝置先發生反應，
故答案為：B；
（4）第四步中為了析出氯化銨晶體，則向濾液中加入適量的NaCl粉末，提高氯離子濃度，使NH₄Cl晶體析出；所得的氯化銨晶體中常含有少量的氯化鈉和碳酸氫鈉（約占5%～8%），設計簡單的實驗證明所得固體的成分大部分是氯化銨，是利用氯化銨的分解產物為氣體，溫度降低氨氣和氯化氫氣體會重新生成固體氯化氨，方法為：取少量樣品于試管中，用酒精燈加熱，看到試管上端有白煙生成（或試管口有白色晶體），最后剩余極少量的固體，從而證明所得固體的成分大部分是氯化銨；
故答案為：NaCl；取少量固體放入試管中，加熱，固體大部分消失，在試管口內壁又有較多的固體凝結；
（5）B中酸可抑制二氧化碳的溶解，則B中溶液的作用為CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發出來的HCl氣體，
故答案為：CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發出來的HCl氣體；
（6）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發生反應生成白色沉淀，所以無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃，
故答案為：Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發生反應生成白色沉淀，無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃；
②樣液與BaCl₂溶液混合，現白色沉淀并有氣體產生，沉淀為碳酸鋇、氣體為二氧化碳，離子反應為2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案為：2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（7）可以將過量的CO₂通入NaOH溶液或Na₂CO₃中，反應的化學方程式為：NaOH+CO₂=NaHCO₃或Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，
故答案為：NaOH+CO₂=NaHCO₃或Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃．

點評 本題考查了純堿工業原理及其應用，題目難度中等，明確制備流程及常見物質的性質為解答關鍵，注意掌握侯氏制堿法的反應原理，試題側重考查學生的分析、理解能力及化學實驗能力．