Question

2．我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻．他利用NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl等物質溶解度的差異，以食鹽、氨氣和二氧化碳為原料制得NaHCO₃，進而生產出純堿．
Ⅰ．某研究性學習小組的同學，模擬“侯氏制堿法”提出下列一種制備NaHCO₃ 的實驗方案，經過討論，大家一致認為方案2較合理，請說明方案3的不足之處是二氧化碳在水（或NaCl溶液）中溶解度小，不利于NaHCO₃的生成．
方案1：分別將二氧化碳和氨氣通入NaCl飽和溶液中；
方案2：將二氧化碳通入含氨的NaCl飽和溶液中；
方案3：將氨氣通入含二氧化碳的NaCl飽和溶液中．
Ⅱ．根據方案2，某同學設計了如下實驗步驟和裝置圖：

步驟1：配制含氨的飽和食鹽水．在100mL的錐形瓶中加人20mL氨水（體積比 1：1），再加入 8g 食鹽，塞緊橡皮塞，振蕩幾分鐘，過濾除去不溶物，得到含氨的飽和食鹽水．
步驟2：制備碳酸氫鈉． 按圖組裝實驗裝置，先檢查裝置的氣密性，再向各儀器中加入相應的試劑，開始制備碳酸氫鈉． 實驗過程中，需要控制溫度在30℃～35℃（大于35℃時NH₄HCO₃會分解） 和二氧化碳的通入速度（以出現(xiàn)能數(shù)得清的連續(xù)氣泡為好）．反應結束后，把錐形瓶浸入冷水中，使較多的晶體析出，過濾、洗滌．
請回答下列問題：
（1）D燒杯中稀硫酸的作用是吸收未反應的NH₃．
（2）裝置B中試劑是飽和碳酸氫鈉溶液，它的作用為除掉二氧化碳氣體中的氯化氫氣體．
（3）裝置C中的化學方程式為NaCl+CO₂+NH₃+H2O=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（4）檢驗步驟2中所得晶體是碳酸氫鈉而不是氯化鈉的實驗方法和現(xiàn)象是取少量晶體于試管中，向其中加入適量稀硝酸，反應劇烈冒出大量氣泡，固體全部溶解后再滴加適量AgNO₃溶液，無沉淀產生，說明得到的晶體為NaHCO₃． 
（5）為了檢驗某含有NaHCO₃，雜質的Na₂CO₃樣品的純度，現(xiàn)將m₁ g 樣品加熱，其質量變?yōu)閙₂ g，則樣品的純度是$\frac{84{m}_{2}-53{m}_{1}}{31{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 Ⅰ．二氧化碳在水中的溶解度小，與水反應形成不穩(wěn)定的碳酸，而把二氧化碳通入溶有氨氣而呈堿性的水中，會使生成的碳酸與氨水發(fā)生反應，而增大二氧化碳氣體的吸收；
Ⅱ．裝置A：制備二氧化碳，氣體中含有氯化氫氣體對后續(xù)實驗產生干擾，二氧化碳氣體中含有氯化氫氣體，會影響碳酸氫鈉的生成，需要除去，裝置B：除去二氧化碳中的氯化氫，裝置C：NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，裝置D：吸收尾氣氨氣．
（1）氨氣為大氣污染物，稀硫酸能與氨氣反應；
（2）用鹽酸制取二氧化碳時常會含有氯化氫氣體，對后續(xù)實驗產生干擾；
（3）碳酸氫鈉的溶解度比碳酸鈉小，二氧化碳通入氨化的飽和氯化鈉溶液中反應生成碳酸氫鈉晶體；
（4）根據氯離子的性質進行檢驗所得晶體是碳酸氫鈉而不是氯化鈉；
（5）碳酸鈉性質穩(wěn)定，加熱不分解，碳酸氫鈉熱穩(wěn)定性較差，加熱分解導致固體質量減少，根據固體質量變化利用差量法可以計算出混合物中碳酸氫鈉的質量，再計算出碳酸鈉的質量及質量分數(shù)即可．

解答 解：Ⅰ．二氧化碳微溶于水，先通入二氧化碳，溶液中生成極少量的碳酸，再通入氨氣，生成的產物量少，且易生成碳酸銨，氨氣在水中溶解度很大，先通入氨氣，溶液中生成較多的一水合氨，再通入CO₂，生成的產物量多，且易生成碳酸氫銨，所以方案2較合理，方案3的不足為二氧化碳在水（或NaCl溶液）中溶解度小，不利于NaHCO₃的生成，
故答案為：二氧化碳在水（或NaCl溶液）中溶解度小，不利于NaHCO₃的生成；
Ⅱ．（1）氨氣為大氣污染物，實驗過程中氨氣可能有剩余，而稀硫酸能與氨氣反應，所以稀硫酸的作用是吸收末反應的NH₃，
故答案為：吸收未反應的NH₃；
（2）利用鹽酸制取二氧化碳時，因鹽酸易揮發(fā)，所以，二氧化碳中常會含有氯化氫氣體，會影響后續(xù)實驗碳酸氫鈉的生成，碳酸氫鈉能與鹽酸反應不與二氧化碳反應，所以通過碳酸氫鈉的溶液是可以除掉二氧化碳氣體中的氯化氫氣體，
故答案為：飽和碳酸氫鈉溶液；除掉二氧化碳氣體中的氯化氫氣體；
（3）二氧化碳通入氨化的飽和氯化鈉溶液中反應生成碳酸氫鈉晶體，反應的化學方程式：NaCl+CO₂+NH₃+H2O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案為：NaCl+CO₂+NH₃+H2O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（4）氯離子和銀離子反應生成氯化銀沉淀，所以檢驗步驟2中所得晶體是碳酸氫鈉而不是氯化鈉的實驗方法為：取少量晶體于試管中，向其中加入適量稀硝酸，反應劇烈冒出大量氣泡，固體全部溶解后再滴加適量AgNO₃溶液，無沉淀產生，說明得到的晶體為NaHCO₃，
故答案為：取少量晶體于試管中，向其中加入適量稀硝酸，反應劇烈冒出大量氣泡，固體全部溶解后再滴加適量AgNO₃溶液，無沉淀產生，說明得到的晶體為NaHCO₃；
（5）設樣品中含有NaHCO₃雜質的質量為x，則
                        2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O?△m（減少）
                          2×84                106                          62
                            x                                             （m₁g-m₂g）
$\frac{2×84}{x}$=$\frac{62}{{m}_{1}-{m}_{2}}$，
解得x=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31}$，
則w（Na₂CO₃）=$\frac{{m}_{1}-x}{{m}_{1}}$=$\frac{84{m}_{2}-53{m}_{1}}{31{m}_{1}}$，
故答案為：$\frac{84{m}_{2}-53{m}_{1}}{31{m}_{1}}$．

點評 本題主要考查“侯氏制堿法”的反應原理，考查了鈉的化合物性質、有關混合物反應的化學計算，題目難度中等，注意掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的化學性質，（5）明確固體質量變化的原因是解題關鍵，注意差量法在化學計算中的應用．