Question

14．化学兴趣小组利用废烧碱（含少量Na₂CO₃、NaCl、MgCl₂、CaCl₂等）制Na₂CO₃•10H₂O．
【制取流程】

【相关资料】①Na₂CO₃+H₂O+CO₂═2NaHCO₃
②2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑
③在NaHCO₃溶液中加入BaCl₂溶液，可发生如下反应：
2NaHCO₃+BaCl₂═BaCO₃↓+2NaCl+H₂O+CO₂↑
④碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的晶体如图所示：

【问题讨论】
（1）滤渣主要成分为Mg（OH）₂和CaCO₃，产生Mg（OH）₂的化学方程式2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg（OH）₂↓．
（2）操作Ⅰ需使用的玻璃仪器有：烧杯、漏斗和玻璃棒．
（3）取少量溶液B，加入BaCl₂溶液，充分混合，若观察到出现气泡（填现象），则溶液B中含NaHCO₃．
（4）结晶后，过滤时的温度须低于32℃．
【组成确定】经实验测定，组产品中不含NaCl．
（5）兴趣小组同学取32.8g干燥粗产品，用如图所示装置（夹持仪器省略）进行实验：

【查阅资料1】Na₂CO₃•10H₂O加热至32℃，开始分解失水，充分加热可完全失水；NaHCO₃50℃时开始分解270℃时完全分解；Na₂CO₃受热不分解．
【查阅资料2】Ba（OH）₂溶液能吸收CO₂：Ba（OH）₂+CO₂═BaCO₃↓+H₂O
①实验前先要检查装置气密性，再装入粗产品，装置A是作用是吸收空气中的二氧化碳和水蒸气．
②粗产品加热至270℃，据E中产生白色沉淀（填装置编号及现象），可知粗产品中含NaHCO₃，测得C，D共增加m₁，E质量增加m₂，实验测得m₂=1.1g，则可推算32.8g粗产品中Na₂CO₃•10H₂O的质量分数．（写出计算过程）
③当加热至36℃时，测得B中剩余固体27.4g，则该剩余固体是Na₂CO₃•7H₂O（填化学式）和NaHCO₃的混合物．

Answer 1

分析 【问题讨论】
（1）根据氢氧根离子和镁离子会生成氢氧化镁沉淀，碳酸根离子和钙离子会生成碳酸钙沉淀进行分析；
（2）根据操作I分离出的物质进行分析；
（3）根据题中所给的资料，碳酸氢钠和氯化钡的反应进行分析；
（4）根据碳酸钠的饱和溶液在不同温度下会析出不同的晶体进行分析；
（5）①根据有气体参加或生成气体的反应，在反应前需要检验装置的气密性进行分析；
根据题中需要检验的物质进行分析；
②根据碳酸钠晶体、碳酸氢钠在270℃以上都会分解进行分析；
③根据加热到36℃时分解的产物进行分析．

解答 解：【问题讨论】
（1）通过转化关系中的物质可以看出，滤渣中除了氢氧化钠和氯化镁生成的氢氧化镁沉淀，还有碳酸钠和氯化钙生成的碳酸钙沉淀，滤渣主要成分为Mg（OH）₂和CaCO₃，氢氧化钠和氯化镁反应会生成氢氧化镁沉淀和氯化钠，所以产生Mg（OH）₂的化学方程式为：2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg（OH）₂↓；
（2）经过操作I分离出了液体和固体，所以操作I是过滤，过滤时需要的玻璃仪器有：烧杯、玻璃棒、漏斗；
（3）通过分析题中所给的资料，可知碳酸氢钠和氯化钡反应会生成二氧化碳气体，而题中加入氯化钡后，验证了溶液B中含NaHCO₃，所以观察的现象是：出现气泡；
（4）通过碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出晶体的图示可以看出，温度高于32℃时，会析出Na₂CO₃•nH₂O、Na₂CO₃•H₂O，所以结晶后，过滤时的温度须低于32℃；
（5）①有气体参加或生成气体的反应，在反应前需要检验装置的气密性，否则会对检验的数据造成影响，所以实验前先要检验装置的气密性，
通过分析反应装置，可以看出无水硫酸铜是检验生成物中是否有水的，氢氧化钡是检验二氧化碳的，如果B装置左端直接通空气，空气中的二氧化碳、水会对实验造成干扰，所以装置A是作用是吸收空气中的二氧化碳和水蒸气；
②当粗产品加热至270℃，碳酸氢钠受热会生成二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钡反应会生成白色的碳酸钡沉淀，粗产品加热至270℃，据E中产生白色沉淀，可知粗产品中含NaHCO₃，
碳酸钠晶体分解也会生成水，碳酸氢钠分解也会生成水，所以测得C，D共增加m₁是两部分水的质量，E质量增加m₂是碳酸氢钠分解产生的二氧化碳的质量，
通过2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑可以看出，碳酸氢钠分解生成的水和二氧化碳的质量比是9：22，所以m₁：m₂＞9：22，
  设混合物中碳酸氢钠为x，
2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑
   168                                     44
   x                                         1.1g
 $\frac{168}{44}=\frac{x}{1.1g}$ x=4.2g
通过方程式可以看出碳酸氢钠的质量为4.2g，所以实验测得m₂=1.1g，则可推算32.8g粗产品中含有NaHCO₃的质量为：4.2g，故32.8g粗产品中Na₂CO₃•10H₂O的质量分数为：$\frac{32.8g-4.2g}{32.8g}×100%$≈87.2%；
③加热到36℃时，碳酸氢钠不会分解，通过②中的计算可知碳酸氢钠为4.2克，所以粗产品中含有碳酸钠晶体为32.8g-4.2g=28.6克，
纯碳酸钠为：28.6×$\frac{106}{286}$=10.6克，
当加热至36℃时，测得B中剩余固体27.4g，碳酸氢钠为4.2克，碳酸钠晶体为23.2克，
所以$\frac{106}{106+18n}$×23.2=10.6
      n=7
所以该剩余固体是Na₂CO₃．7H₂O和和NaHCO₃的混合物．
故答案为：（1）CaCO₃，2NaOH+MgCl₂=2NaCl+Mg（OH）₂↓；
（2）漏斗；
（3）出现气泡；
（4）32；
（5）①检查装置气密性，吸收空气中的二氧化碳和水蒸气．
②E中产生白色沉淀
设混合物中碳酸氢钠为x，
2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑
   168                                     44
   x                                         1.1g
 $\frac{168}{44}=\frac{x}{1.1g}$ x=4.2g
通过方程式可以看出碳酸氢钠的质量为4.2g，所以实验测得m₂=1.1g，则可推算32.8g粗产品中含有NaHCO₃的质量为：4.2g，故32.8g粗产品中Na₂CO₃•10H₂O的质量分数为：$\frac{32.8g-4.2g}{32.8g}×100%$≈87.2%；
③Na₂CO₃•7H₂O．

点评 在解此类题时，首先分析题中所给的资料，然后结合学过的知识和题中的转化关系图对每个问题进行逐一的分析解答．