Question

12．在實(shí)驗(yàn)室中可根據(jù)NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl等物質(zhì)溶解度的差異，利用飽和食鹽水、氨氣和二氧化碳反應(yīng)，獲得碳酸氫鈉晶體．反應(yīng)原理可用如下化學(xué)方程式表示：NH₃+CO₂+NaCl（飽和）+H₂O-NH₄Cl+NaHCO₃（晶體）
某校學(xué)習(xí)小組欲依據(jù)此原理制備碳酸氫鈉晶體，他們?cè)O(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)裝置，其中B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨氣的氯化鈉溶液，且二者均已達(dá)到飽和：

（1）A裝置中所發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；C裝置中稀硫酸的作用為吸收從B裝置中的試管內(nèi)逸出的氨氣，減少對(duì)環(huán)境的污染．
（2）如表中所列出的是相關(guān)物質(zhì)在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)（g/100g水）．

	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃
NaCl	35.7	35.8	36	36.3	36.6	37
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7	14.5
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4

參照表中數(shù)據(jù)，請(qǐng)分析B裝置中使用冰水浴的目的：溫度越低碳酸氫鈉溶解度越小，便于析出
（3）該校學(xué)生在檢查完此套裝置氣密性后進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果沒(méi)有得到碳酸氫鈉晶體，指導(dǎo)教師指出應(yīng)在AB（填寫字母）裝置之間連接一個(gè)盛有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣裝置，其作用是除去二氧化碳?xì)怏w中的氯化氫氣體．
（4）同學(xué)們利用改進(jìn)后的裝置進(jìn)行試驗(yàn)，在B中的試管內(nèi)析出了晶體，經(jīng)過(guò)必要的操作后得到了一種純凈的晶體．現(xiàn)有下列試劑：鹽酸、濃氨水、生石灰、蒸餾水，請(qǐng)利用本題所提供的試劑（只限一種）及試管、酒精燈等主要儀器，通過(guò)簡(jiǎn)單試驗(yàn)判斷該晶體是碳酸氫鈉晶體，而不是碳酸氫銨或食鹽晶體，簡(jiǎn)述操作方法、試驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應(yīng)后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃．
（5）該小組同學(xué)為了測(cè)定B中所得的碳酸氫鈉晶體的純度（假設(shè)晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)），將晶體充分干燥后，稱量質(zhì)量為w g，再將晶體加熱到質(zhì)量不再發(fā)生變化，稱量所得粉末質(zhì)量為m g．然后進(jìn)行如圖所示實(shí)驗(yàn)：

①操作Ⅱ中，為了判斷加入的氯化鈣溶液是否過(guò)量，下列操作中正確的是C（選填字母序號(hào)）．
A．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，向溶液中繼續(xù)加入少量氯化鈣溶液
B．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，向溶液中繼續(xù)加入少量碳酸鈉溶液
C．在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，取上層清液，加入少量碳酸鈉溶液
②操作Ⅲ的方法為過(guò)濾、洗滌、干燥．
③所得晶體中碳酸氫鈉的純度為$\frac{168n}{w}$%．

Answer 1

分析 （1）A裝置是指取二氧化碳?xì)怏w的裝置，是碳酸鈣和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；C裝置稀硫酸是尾氣處理裝置吸收過(guò)量的氨氣；
（2）B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨和氯化鈉的飽和溶液，通入二氧化碳?xì)怏w會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化銨，溫度越低越有利于碳酸氫鈉的晶體析出；
（3）通入二氧化碳沒(méi)有得到碳酸氫鈉晶體，是二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫氣體，通入后和氨氣反應(yīng)不能生成碳酸氫鈉，所以需要加一個(gè)洗氣裝置用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳中的氯化氫氣體；
（4）碳酸氫鈉受熱分解為碳酸鈉、水、二氧化碳，碳酸氫銨受熱分解為氨氣、水、二氧化碳，根據(jù)加熱后的產(chǎn)物判斷；
（5）測(cè)定C中所得晶體的碳酸氫鈉的純度（假設(shè)晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)），將晶體充分干燥后，稱量質(zhì)量為wg，此時(shí)為碳酸氫鈉粗品質(zhì)量，操作1將晶體加熱到質(zhì)量不再變化時(shí)，所得粉末為碳酸鈉和雜質(zhì)，然后溶解，加入氯化鈣溶液，氯化鈣跟碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣，將生成的碳酸鈣過(guò)濾、洗滌、干燥，稱量為n g，根據(jù)關(guān)系式2NaHCO₃--CaCO₃可求出純碳酸氫鈉的質(zhì)量．
①操作Ⅱ中，加入氯化鈣溶液會(huì)有白色沉淀生成，當(dāng)氯化鈣過(guò)量時(shí)，就不會(huì)再生成沉淀；
②從溶液里得到不溶性的固體碳酸鈣可選擇過(guò)濾，再進(jìn)行洗滌、干燥；
③根據(jù)反應(yīng)過(guò)程中碳原子守恒，利用生成碳酸鈣的物質(zhì)的量計(jì)算樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量，再計(jì)算純度．

解答 解：（1）A裝置是指取二氧化碳?xì)怏w的裝置，是碳酸鈣和鹽酸發(fā)生反應(yīng)生成氯化鈣、水和二氧化碳；反應(yīng)的離子方程式為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；C裝置稀硫酸是尾氣處理裝置吸收過(guò)量的氨氣，防止污染環(huán)境；
故答案為：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+CO₂↑+H₂O；吸收從B裝置中的試管內(nèi)逸出的氨氣，減少對(duì)環(huán)境的污染；
（2）B裝置中的試管內(nèi)是溶有氨和氯化鈉的飽和溶液，通入二氧化碳?xì)怏w會(huì)發(fā)生反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化銨，依據(jù)圖標(biāo)分析可知溫度越低，碳酸氫鈉的溶解度越小，所以溫度越低越有利于碳酸氫鈉的晶體析出；
故答案為：溫度越低碳酸氫鈉溶解度越小，便于析出；
（3）二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫氣體，通入后和氨氣反應(yīng)不能生成碳酸氫鈉，所以的不到碳酸氫鈉晶體，所以需要加一個(gè)洗氣裝置用飽和碳酸氫鈉溶液除去二氧化碳中的氯化氫氣體；
故答案為：AB；飽和碳酸氫鈉溶液；除去二氧化碳?xì)怏w中的氯化氫氣體；
（4）碳酸氫鈉在加熱的條件下生成碳酸鈉、水和二氧化碳，反應(yīng)為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，有白色固體碳酸鈉剩余，碳酸氫銨（NH₄HCO₃）受熱分解，生成氨氣（NH₃）、二氧化碳和水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，無(wú)固體剩余，所以判斷該晶體是碳酸氫鈉晶體而不是碳酸氫銨晶體，方法為：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應(yīng)后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃，
故答案為：取少量晶體置于試管中，在酒精燈上加熱使其充分反應(yīng)后，還有白色固體剩余，則晶體不是NH₄HCO₃；
（5）測(cè)定C中所得晶體的碳酸氫鈉的純度（假設(shè)晶體中不含碳酸鹽雜質(zhì)），將晶體充分干燥后，稱量質(zhì)量為wg，此時(shí)為碳酸氫鈉粗品質(zhì)量，操作1將晶體加熱到質(zhì)量不再變化時(shí)，所得粉末為碳酸鈉和雜質(zhì)，然后溶解，加入氯化鈣溶液，氯化鈣跟碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣，將生成的碳酸鈣過(guò)濾、洗滌、干燥，稱量為n g，所此作答；
①為判斷滴加的氯化鈣溶液過(guò)量，可在加入氯化鈣溶液后，振蕩、靜置，取上層清液再加入少量氯化鈣溶液看是否有沉淀生成，故答案為：C；
②利用過(guò)濾、洗滌、干燥可從混合液中得到不溶性的碳酸鈣沉淀，故答案為：過(guò)濾；洗滌；干燥；
③反應(yīng)的化學(xué)方程式為①2NaHCO₃$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，②Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃ ↓+H₂O+2NaCl，得到的碳酸鈣需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥后方可稱量．
設(shè)樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量為x，由上兩式可得關(guān)系式：
    2NaHCO₃--CaCO₃
  84×2          100
   x              n
$\frac{84×2}{x}=\frac{100}{n}$，x=$\frac{168n}{100}$ g，
碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{x}{w}$×100%=$\frac{\frac{168n}{100}}{w}$×100%=$\frac{168n}{w}$%，
故答案為：$\frac{168n}{w}$%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了侯氏制堿的反應(yīng)原理和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作，物質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算，明確各原料的制備方法及尾氣處理是解題的關(guān)鍵，難度中等，側(cè)重對(duì)學(xué)生分析問(wèn)題的能力和計(jì)算能力的考查．