Question

某化學(xué)小組模擬“侯氏制堿法”，以NaCl、NH₃、CO₂和水等為原料以及如圖1所示裝置制取NaHCO₃，反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl．然后再將NaHCO₃制成Na₂CO₃．

（1）裝置乙的作用是

 

．為防止污染空氣，尾氣中含有的

 

需要進(jìn)行吸收處理．
（2）由裝置丙中產(chǎn)生的NaHCO₃制取Na₂CO₃時(shí)，需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作有

 

、

 

、

 

．NaHCO₃轉(zhuǎn)化為Na₂CO₃的化學(xué)方程式為

 

．
（3）若在（2）中灼燒的時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全，該小組對一份加熱了t₁ min的NaHCO₃樣品的組成進(jìn)行了以下探究．取加熱了t₁ min的NaHCO₃樣品29.6g完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌．隨著鹽酸的加入，溶液中有關(guān)離子的物質(zhì)的量的變化如圖2所示．則曲線c對應(yīng)的溶液中的離子是

 

（填離子符號）；該樣品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比是

 

．
（4）若取21.0g NaHCO₃固體，加熱了t₂ min后，剩余固體的質(zhì)量為l4.8g．如果把此剩余固體全部加入到200mL 2mol?L^-1的鹽酸中則充分反應(yīng)后溶液中H⁺的物質(zhì)的量濃度為

 

（設(shè)溶液體積變化忽略不計(jì)）．

Answer 1

考點(diǎn)：純堿工業(yè)（侯氏制堿法）,化學(xué)方程式的有關(guān)計(jì)算,有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算

專題：計(jì)算題,元素及其化合物

分析：（1）裝置甲是制備二氧化碳，氣體中含有氯化氫氣體對后續(xù)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生干擾，需要除去；尾氣中含有氨氣，不能排到空氣中，需要吸收；
（2）裝置丙中是氨化的飽和食鹽水中通入二氧化碳生成碳酸氫鈉晶體，通過過濾得到晶體洗滌灼燒得到碳酸鈉；NaHCO₃轉(zhuǎn)化為Na₂CO₃的方法是固體加熱分解；
（3）混合物是碳酸鈉和碳酸氫鈉，滴入鹽酸發(fā)生反應(yīng)CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；  HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；依據(jù)圖象分析碳酸根離子減小，碳酸氫根離子增多；
（4）依據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量變化是碳酸氫鈉分解的原因，依據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量變化計(jì)算反應(yīng)的碳酸氫鈉和生成的碳酸鈉，結(jié)合試樣質(zhì)量計(jì)算剩余碳酸氫鈉，計(jì)算得到混合物反應(yīng)消耗的氫離子得到；

解答： 解：（1）裝置甲是制備二氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)裝置，生成的二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫氣體，對制備碳酸氫鈉有影響，裝置乙的作用是吸收氯化氫氣體；最后的尾氣中含有氨氣不能排放到空氣中，需要進(jìn)行尾氣吸收；
故答案為：除去二氧化碳中的氯化氫氣體；氨氣；
（2）由裝置丙中產(chǎn)生的NaHCO₃發(fā)生的反應(yīng)為，NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；制取Na₂CO₃時(shí)需要過濾得到晶體，洗滌后加熱灼燒得到碳酸鈉；碳酸氫鈉受熱分解生成二氧化碳、碳酸鈉、水，反應(yīng)為：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案為：過濾、洗滌、灼燒； 2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（3）若在（2）中灼燒的時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全，該小組對一份加熱了t₁min的NaHCO₃樣品的組成進(jìn)行了研究．取加熱了t₁min的NaHCO₃樣品29.6g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌．隨著鹽酸的加入，發(fā)生反應(yīng) CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；  HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；溶液中有關(guān)離子的物質(zhì)的量的變化為碳酸根離子減小，碳酸氫根離子濃度增大，當(dāng)碳酸根離子全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，再滴入鹽酸和碳酸氫根離子反應(yīng)生成二氧化碳，碳酸氫根離子減小，所以c曲線表示的是碳酸氫根離子濃度變化；碳酸根離子濃度0.2mol/L；碳酸氫根離子濃度為0.1mol/L；樣品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比是1：2；
故答案為：HCO₃^-； 1：2；
（4）若取21g NaHCO₃固體物質(zhì)的量=

21g

84g/mol

=0.25mol，加熱了t₁min后，剩余固體的質(zhì)量為14.8g．依據(jù)化學(xué)方程式存在的質(zhì)量變化計(jì)算：
2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
 2         1                 62
0.2mol    0.1mol           21g-14.8g
反應(yīng)后NaHCO₃物質(zhì)的量=0.25mol-0.2mol=0.05mol；NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑；消耗氯化氫物質(zhì)的量0.05mol；
Na₂CO₃物質(zhì)的量=0.1mol，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，消耗氯化氫物質(zhì)的量0.2mol；剩余氯化氫物質(zhì)的量=0.200L×2mol/L-0.05mol-0.2mol=0.15mol，剩余溶液中c（H⁺）=

0.15mol

0.2L

=0.75mol/L，
故答案為：0.75mol/L；

點(diǎn)評：本題考查了 工業(yè)制純堿的原理分析，生產(chǎn)過程中的物質(zhì)變化，混合物成分的分析判斷和計(jì)算應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)過程分析，除雜操作，尾氣吸收，圖象定量分析判斷，題目難度中等．