Question

9．現(xiàn)擬用50mL NaOH溶液吸收CO₂氣體，制備Na₂CO₃溶液．某研究性學(xué)習(xí)小組甲、乙、丙分別設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)方案：
甲：將50mL NaOH溶液盛裝在錐形瓶中，用導(dǎo)氣管通過CO₂氣體．
乙：將CO₂氣體通入50mL NaOH溶液中至過量，加熱蒸發(fā)過濾得晶體，然后加熱晶體完全分解，把所得粉末溶于水即制得Na₂CO₃溶液．
丙：①用25mL NaOH溶液吸收過量CO₂氣體至不再溶解；②小心煮沸溶液；③冷卻后再加入25mL NaOH溶液，使溶液充分混合即得Na₂CO₃溶液．
試回答：
（1）甲、乙、丙實(shí)驗(yàn)方案最合理的是丙．
（2）甲實(shí)驗(yàn)方案中，由于CO₂的通入量不同，溶液中的溶質(zhì)不同，可能存在以下四種情況，請(qǐng)?zhí)顚懰姆N情況溶質(zhì)的化學(xué)式：①Na₂CO₃、NaOH，②Na₂CO₃，③Na₂CO₃、NaHCO₃，④NaHCO₃，
（3）乙實(shí)驗(yàn)方案中，加熱晶體的化學(xué)方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
（4）寫出丙方案中的有關(guān)離子方程式：OH^-+CO₂=HCO₃^-、HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O或CO₂+2OH^-═CO₃^2-+H₂O、CO₃^2-+H₂O+CO₂=2HCO₃^-、HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O．

Answer 1

分析 甲：將50mL NaOH溶液盛裝在錐形瓶中，用導(dǎo)氣管通過CO₂氣體，少量二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O，剩余NaOH，再通入二氧化碳，氫氧化鈉全部轉(zhuǎn)化為碳酸鈉：繼續(xù)通入二氧化碳，Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，有部分碳酸鈉，溶質(zhì)為：Na₂CO₃、NaHCO₃，繼續(xù)通入二氧化碳，碳酸鈉全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉；
乙：過量的CO₂與NaOH溶液反應(yīng)生成NaHCO₃，其反應(yīng)為NaOH+CO₂═NaHCO₃，然后加熱晶體完全分解：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑把所得粉末溶于水即制得Na₂CO₃溶液；
丙：用25mL NaOH溶液吸收過量CO₂氣體至不再溶解其過程為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，酸式鹽與堿反應(yīng)生成鹽和水，其反應(yīng)為NaHCO₃+NaOH═Na₂CO₃+H₂O小心煮沸溶液，冷卻后再加入25mL NaOH溶液，使溶液充分混合即得Na₂CO₃溶液．
（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵苽銷a₂CO₃溶液，甲方案制得碳酸氫鈉，且消耗大量的二氧化碳，乙方案制得的溶液中含有碳酸氫鈉，丙方案得Na₂CO₃溶液用的二氧化碳少，且溶質(zhì)唯一；
（2）甲實(shí)驗(yàn)方案中，n（NaOH）：n（CO₂）＞2：1，產(chǎn)物為Na₂CO₃、NaOH，n（NaOH）：n（CO₂）＜1：1，產(chǎn)物為NaHCO₃，1：1＜n（NaOH）：n（CO₂）＜2：1，產(chǎn)物為Na₂CO₃、NaHCO₃；
（3）乙實(shí)驗(yàn)方案中，碳酸氫鈉分解生成二氧化碳和水；
（4）用25mL NaOH溶液吸收CO₂氣體，至CO₂氣體不再溶解，冷卻后再加入25mL NaOH溶液，n（NaOH）：n（NaHCO₃）=1：1，二者完全反應(yīng)生成NaHCO₃，發(fā)生NaOH+CO₂=NaHCO₃．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖侵苽銷a₂CO₃溶液，甲方案通過：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O，Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，制得碳酸氫鈉，且消耗大量的二氧化碳，乙方案通過2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑制得的溶液中可能含有碳酸氫鈉，且消耗大量的二氧化碳，丙方案得Na₂CO₃溶液用的二氧化碳少，且溶質(zhì)唯一，無需加熱消耗能源，操作簡(jiǎn)便，所以甲、乙、丙實(shí)驗(yàn)方案最合理的是丙，
故答案為：丙；
（2）甲實(shí)驗(yàn)方案中，將50mL NaOH溶液盛裝在錐形瓶中，用導(dǎo)氣管通過CO₂氣體：
①n（NaOH）：n（CO₂）＞2：1，少量二氧化碳和氫氧化鈉反應(yīng)：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O，剩余NaOH，溶質(zhì)為：Na₂CO₃、NaOH；
②再通入二氧化碳，n（NaOH）：n（CO₂）=2：1，氫氧化鈉全部轉(zhuǎn)化為碳酸鈉，溶質(zhì)為：Na₂CO₃；
③繼續(xù)通入二氧化碳，1：1＜n（NaOH）：n（CO₂）＜2：1，Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，有部分碳酸鈉，溶質(zhì)為：Na₂CO₃、NaHCO₃；
④繼續(xù)通入二氧化碳，n（NaOH）：n（CO₂）=1：1，碳酸鈉全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，溶質(zhì)為：NaHCO₃；n（NaOH）：n（CO₂）＜1：1，二氧化碳剩余，溶質(zhì)為：NaHCO₃；
故答案為：Na₂CO₃、NaOH；Na₂CO₃；Na₂CO₃、NaHCO₃；NaHCO₃；
（3）乙實(shí)驗(yàn)方案中，碳酸氫鈉分解：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，生成二氧化碳和水；
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（4）用25mL NaOH溶液吸收CO₂氣體，至CO₂氣體不再溶解，發(fā)生2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O、Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃，反應(yīng)的離子方程式為：①CO₂+2OH^-═CO₃^2-+H₂O、②CO₃^2-+H₂O+CO₂=2HCO₃^-，NaOH完全反應(yīng)生成NaHCO₃，將①+②得反應(yīng)的總離子方程式為：OH^-+CO₂=HCO₃^-，
在得到的溶液中加入另一半（25mL）NaOH溶液，使其充分混合，發(fā)生NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，離子方程式為HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O，小心煮沸溶液，冷卻后再加入25mL NaOH溶液，使溶液充分混合即得Na₂CO₃溶液，所以丙方案中的有關(guān)離子方程式為：OH^-+CO₂=HCO₃^-；HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O；或CO₂+2OH^-═CO₃^2-+H₂O、CO₃^2-+H₂O+CO₂=2HCO₃^-，HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O，
故答案為：OH^-+CO₂=HCO₃^-、HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O或CO₂+2OH^-═CO₃^2-+H₂O、CO₃^2-+H₂O+CO₂=2HCO₃^-、HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了Na₂CO₃溶液的制取，涉及制備原理實(shí)驗(yàn)條件控制、對(duì)操作方案分析評(píng)價(jià)等，為高頻考點(diǎn)，側(cè)重于學(xué)生的分析能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ目疾�，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)，掌握氫氧化鈉和二氧化碳量的比與產(chǎn)物的關(guān)系是解答關(guān)鍵，題目難度中等．