Question

16．某化学学习小组模拟“侯氏制碱法”制纯碱并进行后续实验：
Ⅰ．制备纯碱． 以NaCl、NH₃、CO₂、H₂O等为原料，选择下列装置如图制备碳酸氢钠，然后用碳酸氢钠制备碳酸钠．

（1）装置连接顺序：a→de，f→b．
（2）实验过程中，先向B中通入氨气至饱和，再通入CO₂，其目的是提高二氧化碳溶解量，增大产率．写出B中发生总反应的化学方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
（3）利用碳酸氢钠制备纯碱时需要使用的仪器主要有三脚架、泥三角、坩埚钳、坩埚和酒精灯、玻璃棒（填仪器名称）．
（4）C装置的作用是除去CO₂中HCl．
Ⅱ．利用下面装置如图检验纯碱样品中是否混有NaHCO₃．

（5）纯碱样品可能含有结晶水，能证明纯碱样品中含有NaHCO₃的实验现象是澄清石灰水变浑浊．
（6）测定该纯碱样品的纯度：称取a g 样品置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量的CaCl₂溶液．充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称得固体的质量为 m g，则该纯碱样品的纯度为$\frac{53m}{50a}$×100%．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）我国著名化学家侯德榜发明的联合制碱法，主要原理是：向浓氨水（NH₃•H₂O）中通入足量的CO₂，然后加入食盐充分搅拌，反应生成氯化铵和碳酸氢钠，由于碳酸氢钠的溶解度很小，以晶体形式析出，将析出的碳酸氢钠加热得碳酸钠、二氧化碳和水，利用装置A制备二氧化碳气体，利用装置C除去二氧化碳气体中的氯化氢气体，利用装置D制备氨气，氨气极易溶于水比空气轻，应从装置B的b管通入，二氧化碳比空气重，可以从导管c通入，二氧化碳、氨气、氯化钠和水反应生成碳酸氢钠和氯化铵；
（2）二氧化碳与水反应形成不稳定的碳酸，使水吸收二氧化碳量较少，而把二氧化碳通入溶有氨气而呈碱性的水中，会使生成的碳酸与氨水发生反应，而增大二氧化碳气体的吸收；
（3）利用碳酸氢钠制备纯碱时是利用固体加热，应在坩埚内对固体灼烧，使碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，据此选择仪器；
（4）C装置是除去二氧化碳气体中的氯化氢杂质气体；
Ⅱ．（5）装置图中的试管中样品加热，碳酸氢钠分解生成二氧化碳、水蒸气和碳酸钠，通过无水硫酸铜，固体变蓝色检验有水生成，通过澄清石灰水溶液变浑浊；
（6）称取a g 样品置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量的CaCl₂溶液．充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称得固体的质量为 m g，得到固体为碳酸钙沉淀，结合碳元素守恒计算碳酸钠的质量分数；

解答 解：Ⅰ．（1）利用装置A制备二氧化碳气体，利用装置C除去二氧化碳气体中的氯化氢气体，利用装置D制备氨气，氨气极易溶于水比空气轻，应从装置B的b管通入，二氧化碳比空气重，可以从导管c通入，二氧化碳、氨气、氯化钠和水反应生成碳酸氢钠和氯化铵，装置连接顺序为：adefb，
故答案为：de、b
（2）在制取NaHCO₃时，先向饱和的NaCl溶液中通入较多的NH₃，再通入足量的CO₂的目的是先通入氨气，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，提高二氧化碳溶解量增大产率，B中发生总反应的化学方程式：B中发生总反应的化学方程式：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓，
故答案为：提高二氧化碳溶解量增大产率；NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NH₄Cl+NaHCO₃↓；
（3）利用碳酸氢钠制备纯碱时是利用固体加热，应在坩埚内对固体灼烧，使碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，使用的仪器主要有三脚架、泥三角、坩埚钳、坩埚和酒精灯、玻璃棒，
故答案为：酒精灯、玻璃棒；
（4）C装置的作用是利用碳酸氢钠溶液吸收二氧化碳气体中的氯化氢，除去杂质净化作用，
故答案为：除去CO₂中HCl；
Ⅱ．（5）装置图中的试管中样品如果混有碳酸氢钠，固体加热碳酸氢钠分解生成二氧化碳、水蒸气和碳酸钠，通过无水硫酸铜，固体变蓝色检验有水生成，通过澄清石灰水溶液变浑浊，
故答案为：澄清石灰水变浑浊；
（6）称取a g 样品置于小烧杯中，加水溶解，滴加足量的CaCl₂溶液．充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称得固体的质量为 m g，得到固体为碳酸钙沉淀，n（CaCO₃）=$\frac{mg}{100g/mol}$=$\frac{m}{100}$mol，n（CaCO₃）=n（Na₂CO₃）=$\frac{m}{100}$mol，结合碳元素守恒计算碳酸钠的质量分数=$\frac{\frac{m}{100}mol×106g/mol}{ag}$×100%=$\frac{53m}{50a}$×100%，故答案为：$\frac{53m}{50a}$×100%；

点评 本题考查了物质制备、物质性质、物质的组成探究和实验设计等，主要是侯氏制碱法原理、实验基本操作，掌握基础是解题关键，题目难度中等．