Question

我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”曾為世界制堿工業做出了突出貢獻．他以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；
2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
回答下列問題：
（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______（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
（2）某探究活動小組根據上述制堿原理，進行碳酸氫鈉的制備實驗，同學們按各自設計的方案實驗．
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，作用是______；
（Ⅱ）丁裝置中稀硫酸的作用是______；
（Ⅲ）實驗結束后，分離出NaHCO₃晶體的操作是______（填分離操作的名稱）．
②另一位同學用圖中戊裝置（其它裝置未畫出）進行實驗．
（Ⅰ）實驗時，須先從______管通入______氣體；
（Ⅱ）有同學建議在戊裝置的b管下端連接己裝置，理由是______；
（3）請你再寫出一種實驗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．”某研究性學習小組以一包純堿（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．
【實驗設計】
甲方案
Ⅰ．設計思路：根據樣品與氯化鈣溶液反應生成沉淀碳酸鈣的質量，求出碳酸鈉的質量，再計算樣品中碳酸鈉的質量分數．
Ⅱ．操作步驟：稱取13.25g純堿樣品，加入過量的氯化鈣溶液，充分攪拌．過濾、洗滌、干燥，得到的白色沉淀10.00g．
Ⅲ．數據處理：請根據上述實驗數據，計算該樣品中碳酸鈉的質量分數．
計算過程：
______

乙方案
I．設計思路：根據樣品（質量為a g）與稀硫酸完全反應生成二氧化碳的質量（質量為b g），求出碳酸鈉的質量，再計算樣品中碳酸鈉的質量分數．
II．實驗結論：
（1）當a、b的質量關系滿足______（填寫含a、b字母的表達式，下同）時，純堿樣品中只含有碳酸鈉，樣品中碳酸鈉的質量分數是100%．
（2）當a、b的質量關系滿足______時，純堿樣品室有碳酸鈉和少量氯化鈉組成的混合物，樣品中碳酸鈉的質量分數是______．
【實驗評價】
誤差分析：
（一）甲方案中，白色沉淀的質量在過濾、干燥等操作過程中會有所損耗，造成計算結果與實際值相比偏�。�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氣體因溶解于水而沒有全部逸出，造成計算結果與實際值相比______（填“偏大”、“偏小”、或“不變”）．

Answer 1

【答案】分析：（1）依據碳酸氫鈉溶解度相對較小分析判斷；
（2）①（I）依據制取二氧化碳時常會含有氯化氫氣體分析即可；
（II）依據稀硫酸能與氨氣反應分析解答；
（III）依據分離固體與液體采用的實驗操作分析解答；
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；
（II）從裝置改動后反應物的接觸面積變大分析判斷；
（3）從題干信息以及所學的制取碳酸氫鈉的知識解決即可；
（4）【實驗設計】甲方案：從生成的沉淀的質量利用化學方程式對碳酸鈉的質量進行計算，進而求的碳酸鈉的質量分數；
乙方案：Ⅰ設計思路：根據樣品（質量為a g）與稀硫酸完全反應生成二氧化碳的質量（質量為b g），求出碳酸鈉的質量，再計算樣品中碳酸鈉的質量分數．
因此通過反應方程式對物質反應時的質量關系進行討論即可；
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，所以應首先析出，而碳酸氫鈉的受熱分解與該現象無關，碳酸氫鈉易溶于水；
（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，所以通過碳酸氫鈉的溶液是為了除掉氣體中的氯化氫氣體；
（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；
（III）分離出NaHCO₃晶體的操作是分離固體與液體，常采用的實驗操作是過濾操作；
②（I）制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水，所以應先通入氨氣，而氨氣極易溶于水，所以a端通入，從而保證了從b通入二氧化碳時保證了二氧化碳的充分反應；
（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；
（3）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；
（4）【實驗設計】甲方案
解：設純堿樣品中含Na₂CO₃的質量為x
      Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl
       106          100
        x          10.00g

x=10.6g
純堿樣品中Na₂CO₃的質量分數為×100%=80%
乙方案：Ⅰ設計思路：根據樣品（質量為a g）與稀硫酸完全反應生成二氧化碳的質量（質量為b g），求出碳酸鈉的質量，再計算樣品中碳酸鈉的質量分數．
則有如下反應的質量關系：
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                    44
ag                     bg

即
實驗結論：
（1）樣品中碳酸鈉的質量分數是100%．則兩者的質量關系正好符合兩物質的質量比，所以當a、b的質量關系滿足 =（或22a=53b；或a=b等）（填寫含a、b字母的表達式，下同）時，純堿樣品中只含有碳酸鈉，樣品中碳酸鈉的質量分數是100%．
（2）含有氯化鈉時則反應的碳酸鈉質量應該比ag要小，所以當a、b的質量關系滿足 ＞時，純堿樣品是由碳酸鈉和少量氯化鈉組成的混合物，樣品中碳酸鈉的質量分數是 ×100%．
【實驗評價】
誤差分析：（1）甲方案中，采用氯化鋇進行反應時生成的碳酸鋇的質量要比生成碳酸鈣的質量大，因此測量時會使誤差變小；
（2）乙方案中，有部分生成的二氧化碳氣體因溶解于水而沒有全部逸出，造成計算碳酸鈉結果與實際值相比偏小，所以導致碳酸鈉的質量分數會偏小．
故答案為：：（1）c；
（2））①（I）吸收甲裝置可能揮發出的氯化氫氣體；（II）吸收末反應的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．（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）【實驗設計】甲方案
解：設純堿樣品中含Na₂CO₃的質量為x
Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl
106           100
x            10.00g

x=10.6g
純堿樣品中Na₂CO₃的質量分數為×100%=80%
乙方案：Ⅰ實驗結論：
（1）=（或22a=53b；或a=b等）．
（2）＞； ×100%．
【實驗評價】
誤差分析：（1）甲方案：BaCl₂比CaCl₂的相對分子質量大，產生的沉淀質量大，稱量誤差��；（2）乙方案中：偏小．
點評：此題是一道實驗探究綜合題，充分的展示了化學知識的方方面面，該題綜合性強難度較大，對訓練學生良好地思維品質以及知識的嚴密性有較好的幫助．