Question

追踪科学家的足迹
材料1：纯碱的产量是衡量一个国家化学工业发展水平的重要指标．下面是实验室摸拟侯氏制碱法生产原理的主要过程：
（1）20℃时，向浓氨水中通入足量的二氧化碳得到NH₄HCO₃饱和溶液；
②向NH₄HCO₃饱和溶液中加入食盐细粒，并不断搅拌，直到NaHCO₃结晶析出完毕；
③将析出的晶体过滤，得到晶体和滤液，洗涤晶体，然后将晶体放在试管中充分加热，得到Na₂CO₃；
④向③的滤液中加入食盐细粒，析出NH₄CI晶体，过滤，得到NH₄CI．
材料2：四种盐在不同温度下的溶解度表．

温度 盐 溶解度	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃
NaCl	35.8	36.0	36.3	36.6	37.0
NH4HCO3	15.8	21.0	27.0	------	------
NaHCO3	8.1	9.6	11.1	12.7	----
NH4Cl	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4

试回答下列问题：
（1）在实验室中，你选择的制备C0₂反应的化学方程式为______．在工业生产中，要获得生产纯碱的原料CO2你认为最经济实用的方法是以______为原料，该反应的化学方程式为______．
（2）有人认为侯氏制碱法有以下优点，你认为其中正确的是______．
A．生产过程中部分反应产物可作为原料循环使用
B．副产品是一种氮肥
C．反应都不需要加热，可节约能源
（3）检验③中的白色粉末中是否含有氯化钠的方法是______．
（4）在②中，随着食盐的逐渐加入，溶液变成了NH₄HCO₃和NaCl的混合溶液，析出晶体之前，混合溶液中存在的离子有（用离子符号表示，下同．）______．在③中，将析出的晶体过滤后，溶液中数量减少的离子有______；滤液中仍然存在的离子有______．②中反应的化学方程式为______．
（5）在20℃时，向含NH₄HC0₃21g的饱和溶液中加入足量食盆．试通过计算说明，随着食盐的逐渐加入，为什么会有NaHC0₃晶体析出，而没有NH₄Cl．

Answer 1

解：（1）实验室制二氧化碳要求纯度高，便于收集，一般用石灰石或大理石（主要成分是碳酸钙）与稀盐酸反应，生成氯化钙、水、二氧化碳，方程式为：CaC0₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O；工业生产中需二氧化碳对纯度要求不高，但要考虑成本和是否能大量生产，所以用高温煅烧石灰石的方法，方程式为：CaCO₃CaO+CO₂↑．
（2）A、生产过程步骤④得到的氯化钠溶液可作为步骤②制碳酸氢钠的原料循环使用，所以正确．
B、副产品是氯化铵，其中含有氮元素，是一种氮肥，所以正确．
C、步骤③碳酸氢钠分解制纯碱时需要加热，所以错误．
（3）检验③中的白色粉末中是否含有氯化钠，实际上是检验氯离子的存在，方法为：取③中色粉末少许于试管中加入稀硝酸化，再滴入硝酸银溶液，若不产生生白色沉淀证明不含氯化钠，反之则含氯化钠．
（4）在NH₄HCO₃和NaCl的混合溶液中，前者是以NH₄⁺、HCO₃^-形式存在的，后者是以Na⁺、C1^-形式存在的，所以溶液中含有的离子是NH₄⁺、HCO₃^-、Na⁺、C1^-；在③中，碳酸氢钠析出，将析出的晶体过滤后，溶液中数量减少的离子是碳酸氢钠电离出来的，有HCO₃^-、Na⁺；由碳酸氢钠是饱和后才析出的，滤液中仍然存在部分碳酸氢钠，溶液中含有的离子有NH₄⁺、HCO₃^-、Na⁺、C1^-；②中碳酸氢钠析出，可看作是生成了沉淀，是碳酸氢铵和氯化钠发生了复分解反应，方程式为：NH₄HCO₃+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓．
（5）解：设21gNH₄HCO₃完全转化能生成NaHCO₃的质量为x，能生成NH₄Cl的质量为y
NH₄HCO₃+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃
79 53.5 84
21g y x
X=22.3g
Y=14.2g
根据四种物质的溶解度，20℃时，1OOg水最多能溶解9.6gNaHCO₃，37.2gNH₄Cl．因为22.3＞9.6g，所以有NaHC0₃析出．
理论上可析出NaHC0₃的质量：22.3g-9.6g=12.7g，因为14.2g＜37.2g，NH₄Cl没有达到饱和状态，所以不可能有NH₄Cl析出．
故答案为：
（1）CaC0₃+2HCl=CaCl₂+CO₂↑+H₂O；石灰石；CaCO₃CaO+CO₂↑；
（2）AB；
（3）取③中色粉末少许于试管中加入稀硝酸化，再滴入硝酸银溶液，若不产生生白色沉淀证明不含氯化钠，反之则含氯化钠；
（4）NH₄⁺、HCO₃^-、Na⁺、C1^-；HCO₃^-、Na⁺；NH₄⁺、HCO₃^-、Na⁺、Cl^-；NH₄HCO₃+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（5）解：设21gNH₄HCO₃完全转化能生成NaHCO₃的质量为x，能生成NH₄Cl的质量为y
NH₄HCO₃+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃
79 53.5 84
21g y x
X=22.3g
Y=14.2g
根据四种物质的溶解度，20℃时，1OOg水最多能溶解9.6gNaHCO₃，37.2gNH₄Cl．因为22.3＞9.6g，所以有NaHC0₃析出．
理论上可析出NaHC0₃的质量：22.3g-9.6g=12.7g，因为14.2g＜37.2g，NH₄Cl没有达到饱和状态，所以不可能有NH₄Cl析出．
分析：（1）根据实验室制二氧化碳的原理回答前一空；根据工业生产要求经济实用，判断原料并书写反应方程式．
（2）A、根据生产过程的步骤④判断．
B、根据氯化铵的组成判断．
C、根据碳酸氢钠分解制纯碱的条件判断．
（3）根据氯离子的检验方法回答．
（4）根据碳酸氢钠和氯化钠的电离回答前一空；根据碳酸氢钠是在溶液饱和后析出，溶液中的溶质为氯化铵和碳酸氢钠回答第二空；根据复分解反应类型书写最后的方程式．
（5）根据方程式NH₄HCO₃+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓和有关数计算出溶液中两种产物的质量，再根据其溶解度判断是否能析出．
点评：学来源于生产、生活，又服务于生产、生活，氨碱工业是初中化学重要的应用之一，是考查重点，常涉及化学方程式的书写，二氧化碳和氨气通入的顺序及原因，反应时析出碳酸氢钠的原因与物质溶解度的关系等重点内容．