Question

3．某学习小组利用下列装置进行CO₂与饱和Na₂CO₃溶液反应制备NaHCO₃．
（1）如图1所示，选取必要的实验装置，正确的连接顺序为CAB（填序号）

（2）为确定制得的固体样品是纯净的NaHCO₃ 小组同学提出下列实验方案：
甲方案：将样品溶液与饱和澄清石灰水反应，观察现象．
乙方案：将样品溶液与BaCl₂ 观察现象．
丙方案：测定pH法
丁方案：热重分析法
①判定甲方案不可行（填“可行”或“不可行”）
②为判定乙方案的可行性，某同学用分析纯净的NaHCO₃配制的溶液，与BaCl₂溶液等体积混合进行实验，结果如下：

NaHCO3溶液 BaCl2浓度	0.2mol•L-1	0.1mol•L-1	0.02mol•L-1
0.2mol•L-1	浑浊	浑浊	少许浑浊
0.1mol•L-1	浑浊	少许浑池	无现籴
0.02mol•L-1	少许浑油	尤现象	尤现象

（Ⅰ）此实验已可说明乙方案是不可行的．请结合以下数据，并通过计算说明产生浑浊的原因．
[已知：0.1 mol•L^-1NaHC0₃溶液电离出的c（CO₃^2-）为0.0011mol•L^-1，Ksp（BaCO₃）=5.1×10^-9]
答：Qc=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9．
（Ⅱ）产生浑浊的离子方程式为Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
③使用pH计进行测定的丙方案如下：
取m克的固体样品溶解于水配成Vml的溶液，用pH计测pH：
还应补充的实验是：另取等质量的分析纯NaHC0₃溶于水中配成V mL的溶液，用pH计测pH 
④进行丁方案实验，得到固体残留率随温度变化的曲线如图2所示，根据A点坐标得到的结论是制得的固体样品是纯净的NaHCO₃．
（残留率=$\frac{剩余固体的质量}{原始固体的质量}×100%$）

Answer 1

分析 （1）盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳气体和氯化钙，其中盐酸易挥发，据此选择仪器；
（2）①饱和澄清石灰水与碳酸钠和碳酸氢钠均能反应生成碳酸钙沉淀，据此解答；
②（i）计算此时溶液中钡离子浓度与碳酸根浓度的乘积与该温度下碳酸钡的溶度积常数比较即可；
（ii）钡离子与碳酸氢根离子反应生成二氧化碳和碳酸钡沉淀；
③取用实验室中分析纯与样品进行pH的测算比较即可；
④发生2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，由图中所给数据可知在180℃时，固体的残留率为63.09%，根据方程式计算100g固体完全分解时剩余固体的质量，据此分析．

解答 解：（1）C为发生装置，盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳气体和氯化钙，其中盐酸易挥发，故应先选取碳酸氢钠除去混合气体中的HCl，故仪器连接顺序为：CAB，
故答案为：CAB；
（2）①饱和澄清石灰水与碳酸钠和碳酸氢钠均能反应生成碳酸钙沉淀，故甲方案不可行，
故答案为：不可行；
②（i）两种溶液等体积混合后，溶液中钡离子浓度=$\frac{0.2mol/L}{2}$=0.1mol/L，0.1 mol•L^-1 NaHC0₃溶液电离出的c（CO₃^2-）为0.0011 mol•L^-1，故Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9，故会产生沉淀，
故答案为：Qc=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9；
（ii）钡离子与碳酸氢钠电离出的碳酸根结合生成碳酸钡沉淀，从而促进了碳酸氢根的电离，使其向生成碳酸根和氢离子的方向移动，故离子反应方程式为：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，
故答案为：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
③丙方案为测定pH法，由于碳酸氢钠属于强碱弱酸盐，溶于水中配成V mL的溶液，利用准确度较高的pH计进行样品的pH值，然后测量等质量等浓度的分析纯NaHC0₃的pH值，最后比较即可，
故答案为：另取等质量的分析纯NaHC0₃溶于水中配成V mL的溶液，用pH计测pH；
④发生反应为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，由图中所给数据可知在180℃时，固体的残留率为63.09%，
设碳酸氢钠为100g，
则2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
  168        106
  100g        xg
解得：x=63.09g，
即理论上碳酸氢钠每有100g分解应生成63.09g固体，
故由图可知100g样品分解恰好生成固体为63.09g，故此样品只含有为NaHCO₃，
故答案为：制得的固体样品是纯净的NaHCO₃．

点评 本题考查了制备方案的设计、碳酸氢钠的性质、Ksp的有关计算等知识，题目难度较大，熟练掌握碳酸氢钠的性质以及其热分解原理是解决本题的关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．