Question

5．研究性學(xué)習(xí)的本質(zhì)在于，讓學(xué)生親歷知識產(chǎn)生與形成的過程．我校某化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組欲以CO₂為主要原料，采用如圖1所示裝置模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO₃，并對CO₂與NaOH的反應(yīng)進(jìn)行探究．
【資料獲悉】“侯氏制堿法”原理：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，然后再將NaHCO₃灼燒制成Na₂CO₃．
【實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】如圖1所示
【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）裝置乙的作用是除去CO₂中的HCl．
（2）若在NaHCO₃灼燒中時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全．取經(jīng)短暫加熱的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22所示．則曲線b對應(yīng)的溶液中的離子是CO₃^2-（填離子符號）；該樣品中Na₂CO₃和NaHCO₃的物質(zhì)的量之比是3：1．
（3）若將裝置甲產(chǎn)生的純凈的CO₂1.68L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）緩慢地全部通入到100mL NaOH溶液中，充分反應(yīng)后，將溶液低溫蒸干，得到不含結(jié)晶水的固體W，其質(zhì)量為7.4g，則W的成分為Na₂CO₃和NaHCO₃（填化學(xué)式），原NaOH溶液的物質(zhì)的量濃度為1.25mol/L．

Answer 1

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；
（2）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；
（3）根據(jù)CO₂與NaOH的反應(yīng)所得產(chǎn)物的可能性來討論．

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，
故答案為：除去CO₂中的HCl；
（2）碳酸氫鈉灼燒的時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全，取加熱后的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．隨著鹽酸的加入會發(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b曲線表示的是CO₃^2-濃度變化，碳酸根離子濃度0.3mol；碳酸氫根離子濃度為0.1mol，樣品中Na₂CO₃和NaHCO₃物質(zhì)的量之比是3：1，
故答案為：CO₃^2-；3：1；
（3）標(biāo)準(zhǔn)狀況下1.68L二氧化碳的物質(zhì)的量為：$\frac{1.68L}{22.4L/mol}$=0.075mol，CO₂與NaOH溶液反應(yīng)時(shí)，根據(jù)NaOH是否過量分情況討論：
若NaOH過量或恰好完全反應(yīng)，0.075molCO₂與NaOH反應(yīng)后生成0.075molNa₂CO₃，Na₂CO₃的質(zhì)量為：m=nM=0.075mol×106g/mol=7.95g＞7.4g，故假設(shè)不成立；說明NaOH不過量，即所得的固體中為Na₂CO₃或NaHCO₃或兩者的混合物，
設(shè)所得的固體中Na₂CO₃的物質(zhì)的量為xmol，NaHCO₃的物質(zhì)的量為ymol，
根據(jù)碳元素的守恒可有：x+y=0.075mol①
根據(jù)所得固體的質(zhì)量為7.4g可得：106x+84y=7.4g②
解得：x=0.05mol、y=0.025mol，
根據(jù)所得固體中Na₂CO₃為0.05mol，NaHCO₃為0.025mol，根據(jù)鈉元素的守恒可知，NaOH的物質(zhì)的量n=0.05mol×2+0.025mol×2=0.125mol，
故NaOH的物質(zhì)的量濃度c=$\frac{0.125mol}{0.1L}$=1.25mol/L，
故答案為：Na₂CO₃和NaHCO₃； 1.25 mol/L．

點(diǎn)評 本題考查了工業(yè)制純堿的原理及其應(yīng)用，題目難度中等，明確實(shí)驗(yàn)?zāi)康募皩?shí)驗(yàn)原理為解答關(guān)鍵，試題知識點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，充分考查了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算、化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>