Question

12．某课外活动小组模拟工业制备纯碱，方案如下：
（一）实验原理：向饱和食盐水中通入足量氨气和过量二氧化碳，析出溶解度较小的碳酸氢钠．（1）写出相关离子方程式Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄⁺．
（二）实验装置：所需实验药品和装置如图所示：

（三）实验步骤：
（2）组装好装置，然后应该进行的操作是检查装置气密性．
（3）中间的烧瓶中加入20mL饱和食盐水，并将其浸入冰水中；D中加入足量氢氧化钠固体，E中加入足量浓氨水；B中加入足量碳酸钙粉末，A中加入足量稀硫酸于（可分多次加入）．仪器A的名称是分液漏斗，选择用稀硫酸而不用稀盐酸的好处是盐酸易挥发，CO₂中混入HCl．
（4）先打开K₂（填K₁或K₂），将装置A或E中的试剂慢慢加入圆底烧瓶．大约20分钟左右时，观察到饱和食盐水上方有大量的白雾现象时，再打开K₁（填K₁或K₂），将装置A或E中的试剂慢慢加入圆底烧瓶，大约5分钟即有浑浊出现，约15分钟出现大量白色固体．
（四）纯碱制备：
（5）上述实验结束后，欲得到纯碱，将固体过滤、洗涤后，还需进行的操作是加热（或灼烧）（不加任何其它试剂，装置任选），反应的化学方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；若将上述操作产生的气体全部通过浓硫酸，再通过足量的过氧化钠，过氧化钠增重0.28g，则制得的纯碱质量为1.06g．

Answer 1

分析 图中装置A、B制取二氧化碳，装置D、E制取氨气，氨气极易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度较小，先通入氨气，氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应，更有利于二氧化碳气体的吸收，向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后通入二氧化碳，析出溶解度较小的碳酸氢钠，碳酸氢钠受热分解制得碳酸钠．
（1）向饱和食盐水中通入足量氨气和过量二氧化碳，析出溶解度较小的碳酸氢钠，反应的化学方程式为：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（2）实验需要制备原料气氨气与二氧化碳，装置气密性要好；
（3）根据仪器的结构特征，可知A为分液漏斗；盐酸易挥发，用盐酸制取的二氧化碳中混有氯化氢，氯化氢与碳酸钠、碳酸氢钠都能反应；
（4）二氧化碳在水中的溶解度较小，氨气易溶于水，制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水；氨水存在平衡：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，根据平衡移动原理分析生成氨气；
大约20分钟左右时，观察到饱和食盐水上方有有大量的白雾时，氨气在氯化钠溶液中已经饱和；
（5）碳酸氢钠不稳定，在加热条件下能分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，浓硫酸具有吸水性，再通过足量的过氧化钠，发生反应：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，固体增重为与二氧化碳等物质的量的CO的质量，再根据方程式计算纯碱质量．

解答 解：图中装置A、B制取二氧化碳，装置D、E制取氨气，氨气极易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度较小，先通入氨气，氨气与水形成呈碱性的氨水可与二氧化碳与水生成的碳酸发生反应，更有利于二氧化碳气体的吸收，向饱和食盐水中通入足量氨气至饱和，然后通入二氧化碳，析出溶解度较小的碳酸氢钠，碳酸氢钠受热分解制得碳酸钠．（1）向饱和食盐水中通入足量氨气和过量二氧化碳，析出溶解度较小的碳酸氢钠，反应的化学方程式为：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl，所以离子反应方程式为：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄⁺，故答案为：Na⁺+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄⁺；
（2）模拟工业制备纯碱：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH₄Cl，图中装置A、B制取二氧化碳，装置D、E制取氨气，装置气密性要好，所以仪器按上图组装好后，首先应该进行的操作是检验装置气密性，
故答案为：检验装置的气密性；
（3）根据仪器特点可知A为分液漏斗，二氧化碳为制备纯碱的原料气体，氯化氢能和碳酸钠、碳酸氢钠反应，氯化氢易挥发，用盐酸和碳酸钙制取的二氧化碳中混有氯化氢，影响后续反应，所以用难挥发的硫酸分多次和碳酸钙粉末反应制取二氧化碳，
故答案为：分液漏斗；盐酸易挥发，CO₂中混入HCl；
（4）因氨气溶解度大，先通入氨气使溶液呈碱性，增大二氧化碳的吸收量，增大碳酸氢根离子的浓度，所以实验过程中先通入氨气，先打开K₂，将装置E中的试剂慢慢加入圆底烧瓶，烧瓶中氢氧化钠遇水放热，同时电离出大量OH^-离子，使NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-平衡逆向移动，产生氨气，大约20分钟左右时，观察到饱和食盐水上方有大量的白雾时，氨气在氯化钠溶液中已经饱和，所以再打开K₁，制取二氧化碳通入二氧化碳反应，
故答案为：K₂；大量的白雾；K₁；
（5）碳酸氢钠受热发生的反应为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，浓硫酸具有吸水性，再通过足量的过氧化钠，2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，固体增重为与二氧化碳等物质的量的CO的质量，n（CO）═0.1mol，根据碳原子守恒：n（CO₂）=n（CO）=$\frac{0.28g}{28g/mol}$0.01mol，
由2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，可知n（Na₂CO₃）=n（CO₂）=0.01mol，则制得的纯碱质量为：m（Na₂CO₃）=nM=0.01mol×106g/mol=1.06g，
故答案为：加热（或灼烧）；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；1.06．

点评 本题是一道有关工业制纯碱知识的综合实验题目，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．