Question

我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”曾為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)．他以NaCl、NH₃、CO₂等為原料先制得NaHCO₃，進(jìn)而生產(chǎn)出純堿．有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式為：
NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；
NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl；
2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
回答下列問題：
（1）碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng)，能析出碳酸氫鈉晶體的原因是______（填字母標(biāo)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(jié)晶析出
（2）某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理，進(jìn)行碳酸氫鈉的制備實(shí)驗(yàn)，同學(xué)們按各自設(shè)計(jì)的方案實(shí)驗(yàn)．
①一位同學(xué)將二氧化碳?xì)怏w通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉，實(shí)驗(yàn)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(guān)問題：
（Ⅰ）乙裝置中的試劑是 飽和的碳酸氫鈉溶液，作用是______；
（Ⅱ）丁裝置中稀硫酸的作用是______；
（Ⅲ）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，分離出NaHCO₃晶體的操作是______（填分離操作的名稱）．
②另一位同學(xué)用圖中戊裝置（其它裝置未畫出）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
（Ⅰ）實(shí)驗(yàn)時(shí)，須先從______管通入______氣體；
（Ⅱ）有同學(xué)建議在戊裝置的b管下端連接己裝置，理由是______；
（3）請你再寫出一種實(shí)驗(yàn)室制取少量碳酸氫鈉的方法：______．
（4）“純堿中常常會混有少量氯化鈉．”某研究性學(xué)習(xí)小組以一包純堿（只考慮含氯化鈉）為研究對象，探究純堿樣品中碳酸鈉的含量．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】
甲方案
Ⅰ．設(shè)計(jì)思路：根據(jù)樣品與氯化鈣溶液反應(yīng)生成沉淀碳酸鈣的質(zhì)量，求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
Ⅱ．操作步驟：稱取13.25g純堿樣品，加入過量的氯化鈣溶液，充分?jǐn)嚢瑁�過濾、洗滌、干燥，得到的白色沉淀10.00g．
Ⅲ．?dāng)?shù)據(jù)處理：請根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算該樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
計(jì)算過程：
______

乙方案
I．設(shè)計(jì)思路：根據(jù)樣品（質(zhì)量為a g）與稀硫酸完全反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量（質(zhì)量為b g），求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
II．實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（1）當(dāng)a、b的質(zhì)量關(guān)系滿足______（填寫含a、b字母的表達(dá)式，下同）時(shí)，純堿樣品中只含有碳酸鈉，樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是100%．
（2）當(dāng)a、b的質(zhì)量關(guān)系滿足______時(shí)，純堿樣品室有碳酸鈉和少量氯化鈉組成的混合物，樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是______．
【實(shí)驗(yàn)評價(jià)】
誤差分析：
（一）甲方案中，白色沉淀的質(zhì)量在過濾、干燥等操作過程中會有所損耗，造成計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相比偏小．如果將氯化鈣溶液換成氯化鋇溶液，則可以使誤差減小，理由是______．
（二）乙方案中，有部分生成的二氧化碳?xì)怏w因溶解于水而沒有全部逸出，造成計(jì)算結(jié)果與實(shí)際值相比______（填“偏大”、“偏小”、或“不變”）．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據(jù)碳酸氫鈉溶解度相對較小分析判斷；
（2）①（I）依據(jù)制取二氧化碳時(shí)常會含有氯化氫氣體分析即可；
（II）依據(jù)稀硫酸能與氨氣反應(yīng)分析解答；
（III）依據(jù)分離固體與液體采用的實(shí)驗(yàn)操作分析解答；
②（I）從制取碳酸氫鈉時(shí)先要得到含氨的飽和食鹽水，以及氨氣易溶于水分析判斷；
（II）從裝置改動后反應(yīng)物的接觸面積變大分析判斷；
（3）從題干信息以及所學(xué)的制取碳酸氫鈉的知識解決即可；
（4）【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】甲方案：從生成的沉淀的質(zhì)量利用化學(xué)方程式對碳酸鈉的質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而求的碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
乙方案：Ⅰ設(shè)計(jì)思路：根據(jù)樣品（質(zhì)量為a g）與稀硫酸完全反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量（質(zhì)量為b g），求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
因此通過反應(yīng)方程式對物質(zhì)反應(yīng)時(shí)的質(zhì)量關(guān)系進(jìn)行討論即可；
解答：解：（1）由于對于氯化銨來說碳酸氫鈉的溶解度更小一些，所以應(yīng)首先析出，而碳酸氫鈉的受熱分解與該現(xiàn)象無關(guān)，碳酸氫鈉易溶于水；
（2））①（I）利用鹽酸制取二氧化碳時(shí)二氧化碳中常會含有氯化氫氣體，碳酸氫鈉能與鹽酸反應(yīng)，所以通過碳酸氫鈉的溶液是為了除掉氣體中的氯化氫氣體；
（II）實(shí)驗(yàn)過程中氨氣可能有剩余，而稀硫酸能與氨氣反應(yīng)，所以稀硫酸的作用是吸收末反應(yīng)的NH₃；
（III）分離出NaHCO₃晶體的操作是分離固體與液體，常采用的實(shí)驗(yàn)操作是過濾操作；
②（I）制取碳酸氫鈉時(shí)先要得到含氨的飽和食鹽水，所以應(yīng)先通入氨氣，而氨氣極易溶于水，所以a端通入，從而保證了從b通入二氧化碳時(shí)保證了二氧化碳的充分反應(yīng)；
（II）裝置改動后反應(yīng)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；
（3）從題干信息NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl；可得制取碳酸氫鈉的方法，同時(shí)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；
（4）【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】甲方案
解：設(shè)純堿樣品中含Na₂CO₃的質(zhì)量為x
      Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl
       106          100
        x          10.00g

x=10.6g
純堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=80%
乙方案：Ⅰ設(shè)計(jì)思路：根據(jù)樣品（質(zhì)量為a g）與稀硫酸完全反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量（質(zhì)量為b g），求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
則有如下反應(yīng)的質(zhì)量關(guān)系：
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                    44
ag                     bg

即
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（1）樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是100%．則兩者的質(zhì)量關(guān)系正好符合兩物質(zhì)的質(zhì)量比，所以當(dāng)a、b的質(zhì)量關(guān)系滿足 =（或22a=53b；或a=b等）（填寫含a、b字母的表達(dá)式，下同）時(shí)，純堿樣品中只含有碳酸鈉，樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是100%．
（2）含有氯化鈉時(shí)則反應(yīng)的碳酸鈉質(zhì)量應(yīng)該比ag要小，所以當(dāng)a、b的質(zhì)量關(guān)系滿足 ＞時(shí)，純堿樣品是由碳酸鈉和少量氯化鈉組成的混合物，樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 ×100%．
【實(shí)驗(yàn)評價(jià)】
誤差分析：（1）甲方案中，采用氯化鋇進(jìn)行反應(yīng)時(shí)生成的碳酸鋇的質(zhì)量要比生成碳酸鈣的質(zhì)量大，因此測量時(shí)會使誤差變小；
（2）乙方案中，有部分生成的二氧化碳?xì)怏w因溶解于水而沒有全部逸出，造成計(jì)算碳酸鈉結(jié)果與實(shí)際值相比偏小，所以導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏小．
故答案為：：（1）c；
（2））①（I）吸收甲裝置可能揮發(fā)出的氯化氫氣體；（II）吸收末反應(yīng)的NH₃；（III）過濾；
②（I）a；氨氣；
（II）增大氣體與溶液接觸面積，提高CO₂吸收率；
（3）用碳酸氫銨與適量飽和食鹽水反應(yīng)．（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．其他合理方法均可）；
（4）【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】甲方案
解：設(shè)純堿樣品中含Na₂CO₃的質(zhì)量為x
Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl
106           100
x            10.00g

x=10.6g
純堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=80%
乙方案：Ⅰ實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
（1）=（或22a=53b；或a=b等）．
（2）＞； ×100%．
【實(shí)驗(yàn)評價(jià)】
誤差分析：（1）甲方案：BaCl₂比CaCl₂的相對分子質(zhì)量大，產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量大，稱量誤差小；（2）乙方案中：偏小．
點(diǎn)評：此題是一道實(shí)驗(yàn)探究綜合題，充分的展示了化學(xué)知識的方方面面，該題綜合性強(qiáng)難度較大，對訓(xùn)練學(xué)生良好地思維品質(zhì)以及知識的嚴(yán)密性有較好的幫助．