Question

19．纯碱（Na₂CO₃） 在生产生活中具有广泛的用途．以下是实验室模拟制碱原理制取Na₂CO₃的流程图：

已知：向饱和食盐水中通入NH₃、CO₂后发生的反应为NaCl+NH₃+CO₂+H₂O→NaHCO₃↓+NH₄Cl．请回答以下问题：
（1）粗盐中含有的杂质离子有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等．
①精制除杂的步骤顺序a→c→d→e→b（填字母编号）．
a．粗盐溶解，滤去沉渣；
b．加入盐酸调pH；
c．加入Ba（OH）₂溶液；
d．加入Na₂CO₃溶液；e．过滤
②向饱和食盐水中先通入NH₃，后通入CO₂，理由是NH₃易溶于水，有利于吸收溶解度不大的CO₂．
（2）灼烧固体A制Na₂CO₃应在a（填字母序号）中进行．
a．坩埚　　b．蒸发皿　　c．烧杯　　d．锥形瓶
证明滤液A中含有NH₄⁺的方法是取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺．
对滤液A进行重结晶能够获得NH₄HCO₃，向pH=13含Na⁺、K⁺的溶液中加入少量NH₄HCO₃，使pH降低，反应的离子方程式NH₄⁺+HCO₃^-+2OH^-=NH₃•H₂O+CO₃^2-+H₂O．
（3）写出灼烧发生反应的化学方程式2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+Na₂CO₃+H₂O．产品纯碱中含有碳酸氢钠，若加热前固体质量为a g，充分加热后质量变为b g，则纯碱中
碳酸氢钠的质量分数ω（NaHCO₃）=$\frac{84（a-b）}{31a}$．

Answer 1

分析 （1）据根据SO₄^2-、Ca ²⁺、Mg²⁺等易转化为沉淀而被除去，以及根据不能产生新杂质的要求排序，前面加入的过量溶液应用后加入的溶液除去，最后加入适量的溶液；NH₃易溶于水，有利于吸收溶解度不大的CO₂；
（2）根据固体在坩埚加热分解；
根据NH₄⁺的检验方法：取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺；NH₄⁺和HCO₃^-都能与氢氧根离子反应；
（3）灼烧是将碳酸氢钠分解成碳酸钠；根据碳酸氢钠受热分解前后的固体质量变化可求得碳酸氢钠的质量，进而计算纯碱中碳酸氢钠的质量分数．

解答 解：（1）①SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分别与Ba（OH）₂溶液、Na₂CO₃溶液、Ba（OH）₂溶液反应生成沉淀，可再通过过滤除去，Na₂CO₃溶液能除去过量的Ba（OH）₂溶液，盐酸能除去过量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，所以应先加Ba（OH）₂溶液再加Na₂CO₃溶液，过滤，最后加入盐酸，
故答案为：c；d；e；
②NH₃易溶于水，有利于吸收溶解度不大的CO₂，所以向饱和食盐水中先通入NH₃，后通人CO₂，
故答案为：NH₃易溶于水，有利于吸收溶解度不大的CO₂；
（2）灼烧固体碳酸氢钠制Na₂CO₃，在坩埚加热分解，取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺，NH₄⁺和HCO₃^-都能与氢氧化钠反应：NH₄⁺+HCO₃^-+2OH^-=NH₃•H₂O+CO₃^2-+H₂O；
故答案为：a；取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺；NH₄⁺+HCO₃^-+2OH^-=NH₃•H₂O+CO₃^2-+H₂O；
（3）灼烧是将碳酸氢钠分解成碳酸钠，反应的方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+Na₂CO₃+H₂O，加热前固体质量为a g，充分加热后质量变为b g，固体的质量差为（a-b）g，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+Na₂CO₃+H₂O△m
2×84            106          62
m                            （a-b）g
m=$\frac{84（a-b）}{31}$g，
所以纯碱中碳酸氢钠的质量分数ω（NaHCO₃）=$\frac{\frac{84（a-b）}{31}}{a}$=$\frac{84（a-b）}{31a}$，
故答案为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO₂↑+Na₂CO₃+H₂O；$\frac{84（a-b）}{31a}$．

点评 本题以制碱原理制取Na₂CO₃，涉及到物质的除杂和提纯，常见的实验操作，物质的制备等，难度中等，培养了学生运用知识的能力．