Question

16．已知NaHCO₃低溫時溶解度小，侯德榜制堿的方法是：向氨化的飽和食鹽水中通入過量的二氧化碳，即有晶體析出，經(jīng)過濾、洗滌、焙燒得純堿．此過程可以表示為：
①NaCl（飽和）+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl（此反應是放熱反應）；
②2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
現(xiàn)某化學小組根據(jù)上述原理在實驗室中模擬制堿過程，圖1C裝置是溶有氨和NaCl的溶液，且二者均達到了飽和．
（1）制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關(guān)隨停，圖1A方框內(nèi)應選用以下③裝置（填序號）．簡述該裝置能隨關(guān)隨停的理由關(guān)閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使固液分離從而停止反應．

（2）為使實驗能夠進行，在B方框應選用圖2中的⑤裝置（填寫序號），該裝置內(nèi)應裝入的試劑是飽和碳酸氫鈉溶液．
（3）該小組同學按正確的方法連接裝置，檢驗氣密性合格后進行實驗，發(fā)現(xiàn)析出的晶體非常少，在老師的指導下，他們對某個裝置進行了改進，達到了實驗目的．你認為他們的改進方法是將C裝置浸泡在一個盛有冰水混合物的水槽里（或大燒杯中）．
（4）若所用飽和食鹽水中含有NaCl的質(zhì)量為5.85 g，實驗后得到干燥的NaHCO₃晶體的質(zhì)量為5.46 g，假設第二步分解時沒有損失，則Na₂CO₃的產(chǎn)率為65%（產(chǎn)率為實際產(chǎn)量占理論產(chǎn)量的百分比）．

Answer 1

分析 （1）制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關(guān)隨停，需要應用啟普發(fā)生器的裝置原理，利用止水夾控制氣體壓強，使液體和固體分離停止反應，打開壓強減小液體和固體接觸繼續(xù)反應；
（2）制備出二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，影響碳酸氫鈉的生成，B裝置中需要通過飽和碳酸氫鈉溶液除去；則B裝置為洗氣裝置；
（3）降低反應的溫度，碳酸氫鈉溶解度減�。�
（4）依據(jù)化學方程式計算理論生成碳酸氫鈉的質(zhì)量，依據(jù)碳酸氫鈉分解的化學方程式計算碳酸鈉質(zhì)量，結(jié)合實際生成碳酸鈉的質(zhì)量計算產(chǎn)率．

解答 解：（1）啟普發(fā)生器是隨時進行，隨時停止的裝置，適用于固體和液體不加熱反應生成不溶于水的氣體制備反應，所以制CO₂時為了使反應隨開隨用，隨關(guān)隨停應符合啟普發(fā)生器的原理應用，應該選用裝置③，利用止水夾控制氣體壓強，關(guān)閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使液體和固體分離停止反應，打開壓強減小液體和固體接觸繼續(xù)反應；
故答案為：③；關(guān)閉彈簧夾后反應生成的氣體使上部壓強增大，到達一定程度后可把反應液壓回漏斗，使固液分離從而停止反應；
（2）制備出二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，影響碳酸氫鈉的生成，B裝置中需要通過飽和碳酸氫鈉溶液除去；則B裝置洗氣裝置，導氣管長進短出，所以選擇圖中的裝置⑤；
故答案為：⑤；飽和碳酸氫鈉溶液；
（3）通過降低溫度，減小碳酸氫鈉的溶解度，使碳酸氫鈉析出，所以將C裝置浸泡在一個盛有冰水混合物的水槽里（大燒杯）可以達到目的；
故答案為：將C裝置浸泡在一個盛有冰水混合物的水槽里（或大燒杯中）；
（4）若所用飽和食鹽水中含有NaCl的質(zhì)量為5.85g，理論上依據(jù)化學方程式計算：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃+NH₄Cl；得到碳酸氫鈉質(zhì)量為8.4g，分解生成碳酸鈉質(zhì)量依據(jù)化學方程式計算：2NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；碳酸鈉的質(zhì)量為5.3g；實驗后得到干燥的NaHCO₃晶體的質(zhì)量為5.46g，生成碳酸鈉質(zhì)量為：
2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
168      106
5.46g   3.445g
假設第二步分解時沒有損失，則碳酸鈉的產(chǎn)率=$\frac{3.445g}{5.3g}$×100%=65%；
故答案為：65%．

點評 本題考查了純堿制備原理的實驗應用，此題是一道實驗探究綜合題，該題綜合性強，側(cè)重于考查學生對基礎(chǔ)知識的綜合應用能力和實驗探究能力，題目難度中等．