Question

某校化學興趣小組參觀制堿廠后，獲得以下信息并對相關問題進行研究．
[查閱資料]
＜資料1＞該廠采用“侯氏制堿法”生產的化工產品為純堿（化學式為

 

）和氯化銨．
（“侯氏制堿法”是我國近代著名科學家侯德榜發明的一種連續生產純堿與氯化銨的聯合制堿工藝．）
＜資料2＞生產原料粗鹽中含有少量可溶性雜質（MgCl₂和CaCl₂）及不溶性雜質．
＜資料3＞部分生產流程如下圖所示．
上述流程中涉及的部分反應的化學方程式為：MgCl₂+2NaOH=Mg（OH）₂↓+2NaCl；
Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl；NH₄Cl═NH₃↑+HCl↑
生產原理：將氨氣（NH₃）和二氧化碳通入飽和食鹽水中得到小蘇打和氯化銨的混合物，其反應的化學方程式為：NaCl（飽和溶液）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃（晶體）↓+NH₄Cl；分離出NaHCO₃，使其充分受熱即可分解制得純堿及兩種常見的氧化物，此反應的化學方程式為

 

．
【問題討論】
（1）溶液A中的溶質為

 

，操作Ⅱ的名稱為

 

．
（2）上述生產流程中可循環使用的是

 

（填序號）．
A．CO₂B．NH₃C．HCl        D．NaOH      E．Na₂CO₃
（3）根據上述信息，請你設計實驗區分碳酸鈉和碳酸氫鈉．

實驗步驟	實驗現象	實驗結論

【含量測定】
同學們為了測定該純堿樣品的純度，設計了如下實驗．

甲組：取10.0g純堿樣品（假定雜質在整個實驗過程中不發生變化），向其中加入過量的鹽酸，直至樣品中無氣泡冒出．充分加熱蒸發所得物質并干燥、冷卻至室溫后稱量，所得固體質量為10.9g．樣品中碳酸鈉的質量分數為

 

（結果保留一位小數）．
乙組：取10.0g純堿樣品，利用右圖所示裝置，測出反應后裝置C增重了3.5g（所加試劑均足量）．
實驗結束后，發現乙組測定的質量分數偏小，其原因是

 

．

Answer 1

分析：[查閱資料]＜資料1＞根據碳酸鈉的俗名和化學式的書寫方法書寫．
＜資料3＞根據信息“分離出NaHCO₃，使其充分受熱即可分解制得純堿及兩種常見的氧化物”書寫．
【問題討論】（1）根據粗鹽的成分及它們和氫氧化鈉、碳酸鈉等的化學性質回答前一空；根據過濾的原理和適用范圍回答后一空．
（2）根據生產流程中涉及的方程式和流程圖分析回答．
（3）根據碳酸鈉與碳酸氫鈉不同的化學性質回答．
【含量測定】甲組：所得固體與純堿樣品的質量差實際上是生成的氯化鈉與碳酸鈉的質量差，據此可根據化學方程式算出樣品中碳酸鈉的質量，再計算其質量分數．
乙組：根據乙組測定的質量分數偏小，其直接原因是C裝置增重少回答．

解答：解：[查閱資料]＜資料1＞純堿是碳酸鈉的俗名，它由鈉離子和碳酸根離子構成，鈉的化合價為+1，碳酸根的化合價為-2，根據化合物中元素化合價的代數和為0，以及正價在前，負價在后的原則，化學式為Na₂CO₃．
＜資料3＞根據信息“分離出NaHCO₃，使其充分受熱即可分解制得純堿及兩種常見的氧化物”知，反應物為碳酸氫鈉，條件是加熱，生成物除碳酸鈉外，還有兩種常見的氧化物，根據碳酸氫鈉的組成判斷應是水和二氧化碳，故方程式為2NaHCO₃

加熱  .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
【問題討論】（1）粗鹽中含有少量可溶性雜質（MgCl₂和CaCl₂），氯化鎂能與氫氧化鈉反應生成氫氧化鎂沉淀和氯化鈉，
氯化鈣能與碳酸鈉反應生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，所以A中的溶質主要是氯化鈉，由于氫氧化鈉和碳酸鈉過量，溶液A中也有氫氧化鈉和碳酸鈉；過濾是把固體與液體分開的操作，操作Ⅱ將混合物分成了晶體與溶液，正是通過過濾操作．
（2）根據生產流程中涉及的方程式和流程圖，發現二氧化碳、氨氣、氯化氫、碳酸鈉為重復使用的物質．
（3）碳酸鈉化學性質穩定，碳酸氫鈉受熱易分解生成碳酸鈉、水、二氧化碳，而二氧化碳能使澄清的石灰水變渾濁，據此可設計實驗．
【含量測定】甲組：
解：設樣品中碳酸鈉的質量為X．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑   質量差
106         117                11
X                           10.9g-10.0g=0.9g 

106

11

=

X

0.9g

   
X=8.67g
樣品中碳酸鈉的質量分數為

8.67g

10.0g

×100%=86.7%

乙組：乙組測定的質量分數偏小，其直接原因是C裝置增重少，可能原因是生成的二氧化碳氣體沒有被C中的燒堿完全吸收．
故答案為：
[查閱資料]＜資料1＞Na₂CO₃；
＜資料3＞2NaHCO₃

加熱  .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
【問題討論】
（1）①NaCl、NaOH、Na₂CO₃；②過濾；
（2）ABCE；
（3）

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
取少量樣品中的一種放入試管中，塞上帶導管的單孔塞，導管的另一端伸入澄清的石灰水中；加熱固體并觀察現象．	產生無色氣泡，澄清的石灰水變渾濁	該樣品是碳酸氫鈉；另一種是碳酸鈉

【含量測定】
甲組、86.7%；乙組、生成的二氧化碳氣體沒有被C中的燒堿完全吸收．

點評：本題考查利用課本知識解決新問題能力，能加深學生對課本知識的理解，訓練學生的思維能力．