Question

9．一位同学模仿氨碱法，将纯净的CO₂通入饱和氨化食盐水中制备固体碳酸氢钠．实验装置如图所示．

烧瓶（甲）中所盛的固体原料是碳酸钙，洗气瓶（乙）中所盛试剂是饱和碳酸氢钠；
烧瓶（丁）中稀硫酸的作用是吸收未反应完的NH₃；实验结束后，通过过滤操作分离出NaHCO₃晶体．
（1）将（丙）中NaHCO₃晶体分离后，母液中主要含有四种离子（不计H⁺、OH^-）．它们是
Na⁺、HCO₃^-、NH₄⁺、Cl^-．若在母液中加入消石灰，溶液中新生成的物质可能有（填写化学式）CaCO₃．
（2）单独将CO₂一种气体通入饱和食盐水不可能产生碳酸氢钠沉淀，NH₃在此的作用主要基于它的碱性．
（3）将所得NaHCO₃灼烧后得到碳酸钠．不做溶解操作、不使用带导管的实验装置．证明NaHCO₃已完全分解的简便方法是继续加热，质量不再发生变化则说明已完全分解（恒重操作）；验证产品中是否混有NaCl的基本方法是取样，先加足量硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀则证明混有NaCl．
（4）某纯碱样品中含有少量NaHCO₃，欲知NaHCO₃的质量分数，可将样品灼烧，并吸收称重分解所得CO₂的质量．相关装置中先后使用的两种干燥剂（或吸收剂）是浓硫酸（先）、碱石灰（后）．
（5）已知某碱样品中只含NaCl一种杂质，还需定量测定其纯度，比较精准的一种方法是将样品配成溶液后用标准酸溶液进行滴定．
①若以甲基橙为指示剂，在滴定过程中其颜色由黄色变成橙色．
②将0.100mol/L 标准硫酸溶液装入滴定管；称取纯碱样品，用烧杯和100mL容量瓶配成待测液．
③用滴定管取出其中10.00mL 装入锥形瓶；至滴定终点，用去标准硫酸溶液15.00mL．
④100mL 待测液中Na₂CO₃的质量为1.59g．

Answer 1

分析 甲装置：用盐酸和碳酸钙反应制取二氧化碳，用盐酸制取二氧化碳时，因盐酸易挥发，所以，二氧化碳中常会含有氯化氢气体，乙装置：除去二氧化碳中的氯化氢，丙装置：将纯净的CO₂通入饱和氨化食盐水中制备固体碳酸氢钠，丁装置：吸收未反应完的NH₃，实验结束后，通过过滤操作分离出NaHCO₃晶体．
（1）根据模仿氨碱法制备固体碳酸氢钠所发生的化学反应方程式判断母液中主要离子，氢氧化钙和碳酸氢根离子的溶液易生成碳酸钙沉淀；
（2）氨水显碱性，有利于吸收酸性气体二氧化碳；
（3）碳酸氢钠热稳定性差，可利用恒重操作进行判断NaHCO₃已完全分解；验证产品中是否混有NaCl，根据氯离子的检验方法进行检验；
（4）吸收水蒸气用浓硫酸，吸收二氧化碳用碱石灰，因碱石灰既能吸收水蒸气又能吸收二氧化碳，所以需先用浓硫酸吸收水蒸气；
（5）①以甲基橙为指示剂，滴定前为黄色，发生中和反应后，颜色变为橙色；
②配制待测液的步骤有：计算、称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀等，根据配制步骤选择使用的仪器，然后判断需要的仪器；
③10.00mL液体，根据其精确度，需用滴定管，待测液在锥形瓶中；
④根据Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑计算．

解答 解：模仿氨碱法，将纯净的CO₂通入饱和氨化食盐水中制备固体碳酸氢钠．需制取纯净的二氧化碳，甲装置：用盐酸和碳酸钙反应CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑，制取二氧化碳，利用盐酸制取二氧化碳时，因盐酸易挥发，二氧化碳中常会含有氯化氢气体，碳酸氢钠能与盐酸反应不与二氧化碳反应，所以通过碳酸氢钠的溶液是可以除掉二氧化碳气体中的氯化氢气体，乙装置：除去二氧化碳中的氯化氢，丙装置：将纯净的CO₂通入饱和氨化食盐水中制备固体碳酸氢钠，实验过程中氨气可能有剩余，而稀硫酸能与氨气反应，稀硫酸的作用是吸收末反应的NH₃，丁装置：吸收未反应完的NH₃，并能防止倒吸，固液分离常采用过滤的方法，实验结束后，通过过滤操作分离出NaHCO₃晶体，
故答案为：碳酸钙；饱和碳酸氢钠；吸收未反应完的NH₃；过滤．
（1）模仿氨碱法制备固体碳酸氢钠发生反应：NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，所以将（丙）中NaHCO₃晶体分离后，母液中主要含有四种离子（不计H⁺、OH^-）．它们是Na⁺、HCO₃^-、NH₄⁺、Cl^-，若在母液中加入消石灰，发生反应NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O+NaOH，溶液中新生成的物质可能有CaCO₃，
故答案为：Na⁺、HCO₃^-、NH₄⁺、Cl^-；CaCO₃；
（2）氨气极易溶于水，氨水显碱性，二氧化碳为酸性气体，单独将CO₂一种气体通入饱和食盐水不可能产生碳酸氢钠沉淀，NH₃在此的作用主要基于它的碱性，
故答案为：碱；
（3）碳酸氢钠受热易分解：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，将所得NaHCO₃灼烧后得到碳酸钠．不做溶解操作、不使用带导管的实验装置．证明NaHCO₃已完全分解，可继续加热，质量不再发生变化则说明已完全分解（恒重操作），产品中若混有NaCl，可通过检验氯离子进行检验，方法为：取样，先加足量硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀则证明混有NaCl，
故答案为：继续加热，质量不再发生变化则说明已完全分解（恒重操作）；取样，先加足量硝酸酸化，再加入AgNO3溶液，有白色沉淀则证明混有NaCl；
（4）欲知NaHCO₃的质量分数，可将样品灼烧，碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠固体、二氧化碳气体、水，因碱石灰既能吸收水蒸气又能吸收二氧化碳，所以需先用浓硫酸吸收水蒸气，再用碱石灰吸收二氧化碳，并称重所得CO₂的质量，
故答案为：浓硫酸；碱石灰；
（5）①酸滴定碱溶液，锥形瓶中为碱，以甲基橙为指示剂，滴定前为黄色，达到滴定终点时颜色变化为由黄色变为橙色，半分内不立即变回黄色，锥形瓶中发生反应的离子方程式为H⁺+OH^-=H₂O，
故答案为：黄色；橙色；
②配制待测液的步骤有：计算、称量、溶解、转移、洗涤、定容、摇匀等，配制待测液使用的仪器有：托盘天平、药匙、烧杯、玻璃棒、100mL容量瓶、胶头滴管，称取纯碱样品，还需用用烧杯和100mL容量瓶配成待测液，
故答案为：容量；
③取出其中10.00mL，其体积精确到0.00mL，需用滴定管，用滴定管取出其中10.00mL 装入锥形瓶中，
故答案为：滴定；锥形；
④10mL 待测液中，0.100mol/L 标准硫酸溶液滴定，至滴定终点，用去标准硫酸溶液15.00mL，硫酸的物质的量为n（H₂SO₄）=CV=0.100mol/L×15.00mL=1.5×10^-3mol，Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，n（Na₂CO₃）=1.5×10^-3mol，Na₂CO₃的质量为m=nM=1.5×10^-3mol×106g/mol=0.159g，则100mL 待测液中Na₂CO₃的质量为1.59g，
故答案为：1.59．

点评 本题考查碳酸氢钠制备以及成分测定实验，是一道有关工业制纯碱知识的一道综合实验题目，考查学生分析和解决问题的能力，掌握制碱原理是解题的关键，题目难度中等．