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．他利用NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl等物質(zhì)溶解度的差異，以食鹽、氨氣、二氧化碳等為原料先制得NaHCO₃，進而生產(chǎn)出純堿．下面是在實驗室中模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO₃的實驗步驟：
第一步：連接好裝置，檢驗氣密性，在儀器內(nèi)裝入藥品．
第二步：先讓一裝置發(fā)生反應，直到產(chǎn)生的氣體不能再在C中溶解時，再通入另一裝置中產(chǎn)生的氣體，片刻后，C中出現(xiàn)固體．繼續(xù)向C中通入兩種氣體，直到不再有固體產(chǎn)生．
第三步：過濾C中所得的混合物，得到NaHCO₃固體．
第四步：向濾液中加入適量的NaCl粉末，有NH₄Cl晶體析出．
請回答下列問題：
（1）圖中裝置的連接順序是：（a）接

 

，

 

接

 

，（b）接

 

．

（2）A中常選用的固體反應物為

 

，D中應選用的液體為

 

：B中發(fā)生反應的化學方程式為

 

．
（3）第二步驟中必須先讓

 

裝置先發(fā)生反應．
（4）C中用球形干燥管而不用直導管，其作用是

 

，C中廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生固體的總化學方程式為

 

．
（5）第四步中分離出NH₄Cl晶體的操作是

 

；其所得的NH₄Cl晶體中常含有少量的NaCl和NaHCO₃約占5%-8%），請設計一個簡單的實驗證明所得固體的成分大部分是NH₄Cl．簡要寫出操作和現(xiàn)象

 

．

Answer 1

考點：純堿工業(yè)（侯氏制堿法）,性質(zhì)實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）根據(jù)裝置A制取CO₂，裝置B制取NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中應防止倒吸，據(jù)此分析連接儀器裝置；
（2）A裝置是制備二氧化碳氣體一般用碳酸鈣和鹽酸反應生成，B是制取氨氣裝置，二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，會影響碳酸氫鈉的生成，D為裝置除雜可以用飽和碳酸氫鈉溶液；
（3）氨氣易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度較小，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水；
（4）C中用球形干燥管球形部分空間大，液面上升緩慢，起緩沖作用，所以不用直導管；C中廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生固體NaHCO₃，依據(jù)侯氏制堿法原理書寫方程式；
（5）分離氯化銨沉淀通常用過濾操作，氯化銨晶體中常含有少量的氯化鈉和碳酸氫鈉，實驗證明所得固體的成分大部分是氯化銨，是利用氯化銨的性質(zhì)，受熱生成氯化氫和氨氣氣體，在試管口處溫度降低重新生成固體氯化銨分析判斷；

解答： 解：（1）足量的CO₂與NaOH反應生成NaHCO₃，裝置A產(chǎn)生CO₂，裝置B產(chǎn)生NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中應防止倒吸，則b接c，故a接f、e接d，
故答案為：f、e、d、c；
（2）A裝置是制備二氧化碳氣體的反應，所以固體為CaCO₃用塊狀石灰石，生成的二氧化碳氣體中含有氯化氫，若不除去碳酸氫鈉難以形成，所以應用飽和碳酸氫鈉溶液或飽和氯化鈉溶液除去，B是制取氨氣裝置，氧化鈣和氨水反應生成氫氧化鈣和氨氣，反應為CaO+NH₃?H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑，
故答案為：塊狀石灰石；飽和NaHCO₃溶液；CaO+NH₃?H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑；
（3）候氏制堿方法是利用氨氣溶解性大極易溶解于水，二氧化碳氣體水中溶解性較小，實驗飽和食鹽水中先通入氨氣，再通入二氧化碳氣體；實驗操作過程中，應讓B裝置先發(fā)生反應，
故答案為：B；
（4）氨氣極易溶于水，用直導管向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣，容易發(fā)生倒吸，C中用球形干燥管球形部分液面上升慢起緩沖作用，可以防止倒吸，
侯氏制堿法，也稱為聯(lián)合制堿法，化學反應原理是用氨氣和二氧化碳與氯化鈉飽和溶液反應生成碳酸氫鈉，然后加熱碳酸氫鈉制取碳酸鈉，所以C中廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生固體的總化學方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，
故答案為：防倒吸；CO₂+NH₃+NaCl+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（5）第四步：向濾液中加入適量的NaCl粉末，有NH₄Cl晶體析出，分離固體和液體用過濾的方法，步驟④中所得的氯化銨晶體中常含有少量的氯化鈉和碳酸氫鈉（約占5%～8%），設計簡單的實驗證明所得固體的成分大部分是氯化銨，是利用氯化銨的分解產(chǎn)物為氣體，溫度降低氨氣和氯化氫氣體會重新生成固體氯化氨，方法為：取少量樣品于試管中，用酒精燈加熱，看到試管上端有白煙生成（或試管口有白色晶體），最后剩余極少量的固體，從而證明所得固體的成分大部分是氯化銨；
故答案為：過濾；取少量樣品于試管中，用酒精燈加熱，看到試管上端有白煙生成（或試管口有白色晶體），最后剩余極少量的固體，從而證明所得固體的成分大部分是氯化銨；

點評：本題考查了實驗制備碳酸氫鈉的過程分析和裝置作用判斷，掌握候氏制堿的反應原理和反應特征是解題關鍵，熟練掌握工業(yè)制備流程和注意問題，能順利解決問題，側(cè)重于考查學生的實驗探究能力，題目難度中等．