Question

19．某化学兴趣小组在实脸室模拟侯德榜制碱法制备纯碱．主要步骤如下：
第一步：配制饱和NaCl溶液，倒入烧杯中加热；
第一步：控制温度在30-35℃．边搅拌边分批加入研细的NH₄HCO₃固体，加料完毕后，继续保温30分钟；
第三步：静置、过滤得NaHCO₃晶体．用少量蒸馏水洗涤除去杂质，然后抽干；
第四步：将第二步所得固体转入蒸发皿中，灼烧2小时，制得纯碱固体，
已知：温度高于35℃时，NH₄HCO₃会分解．有关盐的溶解度（g/100g水）如表：

盐	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃	60℃	100℃
NaCl	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6	37.0	37.3	39.8
NH4HCO3	11.9	15.8	21.0	27.0	--	--	--	--
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11．l	12.7	14.5	16.4	--
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4	55.3	77.3

回答下列问题：
（1）反应温度控制在30-35℃范围内，应采取的加热方法为水浴加热，反应温度不能高于35℃的理由是高于35℃时NH₄HCO₃会分解．
（2）第三步静置后析出NaHCO₃晶体的原因是NaHCO₃的溶解度最小；用蒸馏水洗涤NaHCO₃晶体的目的是除去杂质粒子Cl^-、NH₄⁺（用离子符号表示）．
（3）若向过滤所得母液中加入稀盐酸（填写试剂名称），并作进一步处理，使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH₄Cl．
（4）纯碱产品不纯，含有NaHCO₃、NaCl等杂质．测定纯碱中NaHCO₃含量的方法是：准确称取纯碱样品Wg，放入锥形瓶中加蒸馏水溶解，加l-2滴酚酞指示剂，用物质的量浓度为cmol/L的盐酸滴定至溶液由红色到无色（指示CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-反应的终点），所用盐酸体积为V₁mL，再加1-2滴甲基橙指示剂，继续用盐酸滴定至溶液由黄变橙，所用盐酸总体积为V₂mL．
①实验室配制一定体积cmol/L盐酸需用的仪器除了容量瓶、烧杯、量筒外还需胶头滴管、玻璃棒；在容量瓶的使用方法中，下列操作正确的是ae（填写标号）
a．使用容量瓶前检验它是否漏水
b．容量瓶用蒸馏水洗净后，再用待配溶液润洗
c．配制溶液时，如果试样是固体，把称好的试样用纸条小心倒入容量瓶中．然后加蒸馏水定容
d．用容量瓶把溶液配制完成以后．直接贴上标签，放置备用
e．定容后盖好瓶塞，用食指顶住瓶塞，用另一只手指托住瓶底，把容量瓶倒转和摇动几次
②写出纯碱样品中NaHCO₃质量分数的计算式：NaHCO₃ （%）=$\frac{c（{V}_{2}-{V}_{1}）×84}{1000w}$×100%．

Answer 1

分析 （1）水浴加热，可以平稳地加热，加热温度不超过100度，严格的温度控制进行的反应，一般用水浴加热，根据题中所给信息“35℃NH₄HCO₃会有分解”分析，30-35℃温度较低，要控制恒温，可用水浴加热；
（2）第三步静置为使反应充分进行，使反应完全，分析溶解度数据，对比各物质的溶解度，根据溶解度越小越容易析出来分析，物质的溶解度，碳酸氢铵0℃时溶解度为11.9g；20℃时为21g；30℃时碳酸氢铵的溶解度27g，碳酸氢钠30℃为11.1g，故碳酸氢钠先析出，根据溶解平衡的知识分析剩余物的成分；
（3）过滤除去析出的碳酸氢钠后所得的母液主要成分为NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃，加入盐酸使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH₄Cl；
（4）①配制一定质量分数的盐酸溶液的基本步骤：计算、量取、溶解、转移、定容、贴标签选择仪器；
a．使用容量瓶前要检查它是否漏水，防止在配制溶液过程中漏液；
b．容量瓶用蒸馏水洗净后，再用待配液润洗，会导致所配溶液浓度偏大；
c．容量瓶不能用来溶解固体；
d．容量瓶是定量仪器，只能用于配制一定物质的量浓度的溶液，容量瓶不能长时间保存溶液；
e．摇匀时食指顶住瓶塞，用另一只手的手指托住瓶底，把容量瓶倒转反复上下摇匀．
②加酚酞指示剂，指示CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-应的终点，再加甲基橙指示剂，指示HCO₃^-+H⁺=CO₂+H₂O反应的终点，样品中含有的碳酸氢钠反应消耗盐酸体积为（V₂-V₁ ）mL，消耗盐酸的物质的量为c×（V₂-V₁ ）÷1000 mol，故碳酸氢钠的物质的量为c×（V₂-V₁）÷1000 mol，以此来计算碳酸氢钠的质量分数．

解答 解：（1）根据题意，碳酸氢铵温度不能超过35℃，否则会大量分解，若温度过低，则反应速率较慢，故反应温度控制在30-35℃之间为宜，水浴加热是把要加热的物质放在水中，通过给水加热达到给物质加热的效果，一般都是把要反应的物质放在试管中，再把试管放在装有水的烧杯中，再在烧杯中插一根温度计，可以控制反应温度，水浴加热的优点是避免了直接加热造成的过度剧烈与温度的不可控性，可以平稳地加热，所以应采取的加热方法为水浴加热，
故答案为：水浴加热；高于35℃时NH₄HCO₃会分解；
（2）第三步静置，可以使反应充分进行，使反应完全，碳酸氢铵0℃时溶解度为11.9g；20℃时为21g；30℃时27g，碳酸氢钠30℃为11.1g，碳酸氢钠0℃溶解度为6.9 g，10℃为8.15g，20℃为9.6 g，30℃为11.1g，40℃为12.7 g，30℃时碳酸氢钠的溶解度最小，故碳酸氢钠先析出，因为未反应完的氯化钠、碳酸氢铵及生成的氯化铵会附着在碳酸氢钠晶体表面，所以要用蒸馏水进行洗涤，以便除去杂质，除去杂质粒子为Cl^-、NH₄⁺，
故答案为：NaHCO₃的溶解度最小；Cl^-、NH₄⁺；
（3）过滤除去析出的碳酸氢钠，溶液中还有部分碳酸氢钠未析出，还有溶解在溶液中的NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃，所得的母液主要成分为NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃，加入盐酸与NaHCO₃、转化为氯化钠，NH₄HCO₃与盐酸反应转化为氯化铵、使NaCl溶液循环使用，同时可回收NH₄Cl，
故答案为：稀盐酸；
（4）①实验室配制一定物质的量浓度溶液的步骤为：计算、称量（量取）、溶解（稀释）、移液、洗涤、定容、摇匀等操作，依次用到的仪器有：托盘天平（量筒）、烧杯、玻璃棒、容量瓶、胶头滴管，
所以还需用到的仪器为：胶头滴管、玻璃棒；
a．使用容量瓶前要检查它是否漏水，防止在配制溶液过程中漏液，故a正确；
b．容量瓶用蒸馏水洗净后，再用待配液润洗，会导致所配溶液浓度偏大，故b错误；
c．容量瓶为精密仪器，不能用来溶解固体，故c错误；
d．容量瓶是配置溶液的仪器不是保存溶液的仪器，应该用试剂瓶保存，故d错误；
e．摇匀时食指顶住瓶塞，用另一只手的手指托住瓶底，把容量瓶倒转反复上下摇匀，故e正确．
故答案为：胶头滴管、玻璃棒；ae；
②加酚酞指示剂，变色范围为8-10，用物质的量浓度为c×（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由红色到无色，指示CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-反应的终点，所用HCl溶液体积为V₁mL；再加甲基橙指示剂，继续用HCl溶液滴定至溶液由黄变橙，指示HCO₃^-+H⁺=CO_2^↑+H₂O反应的终点，所用HCl溶液体积为V₂ mL．上述的两个离子方程式为①CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-②HCO₃^-+H⁺=CO₂+H₂O，故样品中含有的碳酸氢钠反应消耗盐酸体积为（V₂-V₁ ）mL，消耗盐酸的物质的量为c（V₂-V₁ ）÷1000 mol，故碳酸氢钠的物质的量为c×（V₂-V₁）÷1000 mol，碳酸氢钠的质量为c×（V₂-V₁ ）M÷1000 g，碳酸氢钠的质量分数为$\frac{c（{v}_{2}-{v}_{1}）M}{1000w}$×100%=$\frac{c（{V}_{2}-{V}_{1}）×84}{1000w}$×100%，
故答案为：$\frac{c（{V}_{2}-{V}_{1}）×84}{1000w}$×100%．

点评 本题考查学生根据侯氏制碱法的基本过程进行解题，学生能利用各种物质常见的溶解度和物质的质量分数来计算是解题的关键，试题培养了学生的分析能力及化学实验能力，题目难度中等．