Question

15．碳酸钠是重要的化工原理．以粗盐为原料生产碳酸钠的过程如下，回答下列问题：
【步骤一】粗盐提纯

（1）写出碳酸钠与氯化钙反应的化学方程式CaCl₂+Na₂CO₃=2NaCl+CaCO₃↓．
（2）滤液中所含的溶质有NaCl、Na₂CO₃和NaOH．
（3）调节溶液pH，若使用酚酞溶液为指示剂，当观察到溶液颜色恰好由A（填标号）变化时，说明溶液呈中性．
A．红色至无色    B．无色至红色    C．红色至紫色
（4）流程中不用硫酸调节溶液pH的原因是会带入新的杂质．
【步骤二】制碳酸氢钠
用氯化钠与碳酸氢铵（NH₄HCO₃）反应可制得碳酸氢钠（NaHCO₃）．
反应原理：NaCl+NH₄HCO₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl
NaCl、NaHCO₃和NH₄Cl的溶解度曲线如图2所示．

（1）相同条件下，氯化钠的溶解度大于氯化铵，应满足的温度范围是0℃＜t＜20℃．
（2）20℃时，向100g水中加入11.7g的NaCl和15.8g的NH₄HCO₃恰好完全反应，理论上可生成NaHCO₃的质量是多少？实际上从溶液中析出NaHCO₃的固体质量为多少？（写出计算过程，结果保留至0.1g）
（3）分离从溶液中析出的NaHCO₃固体应选择如图3所示的甲（填“甲”或“乙”）装置，该分离操作中玻璃棒的作用是引流．
（4）写出如图3所示玻璃仪器a的名称：漏斗．
【步骤三】制碳酸钠
碳酸氢钠加热后可生成碳酸钠、水和二氧化碳，写出反应的化学方程式：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．

Answer 1

分析 【步骤一】
（1）碳酸钠与氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠，据此写化学方程；
（2）根据粗盐中的杂质和所加试剂的反应进行分析；
（3）根据溶液的酸碱性及酸碱指示剂的变色情况分析；
（4）根据除杂质的原则，不引入新杂质分析；
【步骤二】
（1）根据氯化钠和氯化铵的溶解度曲线分析；
（2）根据11.7g的NaCl或15.8g的NH₄HCO₃，进行化学方程式计算，求得生成NaHCO₃的质量，进而求出实际上从溶液中析出NaHCO₃的固体质量；
（3）根据分离固、液体的操作选装置，分析玻璃棒的作用；
（4）根据如图3所示玻璃仪器写出名称；
【步骤三】根据题目信息写出化学方程式即可．

解答 解：【步骤一】
（1）碳酸钠与氯化钙反应生成碳酸钙和氯化钠，其化学方程式为CaCl₂+Na₂CO₃=2NaCl+CaCO₃↓；
（2）粗盐水中含有氯化镁和氯化钙等杂质，加入过量的氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液后充分反应后，生成氯化钠，所以滤液中还有剩余的氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液；
（3）碳酸钠和氢氧化钠溶液都显碱性，遇无色酚酞变红，当溶液由红色变为无色时，溶液变为中性；
（4）流程中不用硫酸调节溶液pH的原因是会产生Na₂SO₄，引入新杂质；
【步骤二】
（1）有图象可知：相同条件下，氯化钠的溶解度大于氯化铵，应满足的温度范围是0-20℃；
（2）设理论上生成的碳酸氢钠质量为x．
 NaCl+NH₄HCO₃═NaHCO₃↓+NH₄Cl
 58.5            84
 11.7g           X【或用15.8g NH₄HCO₃计算也可】
$\frac{58.5}{11.7g}=\frac{84}{x}$          
X=16.8g         
实际析出NaHCO₃固体的质量为：16.8g-9.7g=7.1g；
（3）固液分离应选择图3中的甲过滤装置，玻璃棒在该操作中的作用是引流；
（4）如图3所示玻璃仪器a的名称是漏斗；
【步骤三】
碳酸氢钠加热后的化学方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
故答案为：
【步骤一】（1）CaCl₂+Na₂CO₃=2NaCl+CaCO₃↓ 
（2）NaCl、Na₂CO₃和NaOH （2分）
（3）A   （4）会带入新的杂质【或增加SO₄^2-离子、产生Na₂SO₄均可】
【步骤二】
（1）0℃＜t＜20℃
（2）解：设理论上生成的碳酸氢钠质量为x．
 NaCl+NH₄HCO₃═NaHCO₃↓+NH₄Cl
 58.5                 84
 11.7 g               X【或用15.8 g NH₄HCO₃计算也可】
$\frac{58.5}{11.7g}=\frac{84}{x}$          
X=16.8 g         
实际析出NaHCO₃固体的质量为：16.8 g-9.7 g=7.1 g  
答：理论上生成的碳酸氢钠为16.8 g．实际析出NaHCO₃固体为7.1 g．
（3）甲  引流
（4）漏斗
【步骤三】2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑

点评 本题难度比较大，涉及粗盐提纯的原理、除杂的原理、侯氏制碱法的原理等理论内容，要通过该题认真总结解题思路．