Question

11．2016年8月的eLife上发表了我国医学工作者的一篇论文．论文指出小苏打在治疗癌症的方法中功不可没．在实验室中制取NaHCO₃的方法有多种．
方法一：模拟工业“侯氏制碱法”制取：（原理NaCl+H₂O+CO₂+NH₃=NaHCO₃↓+NH₄Cl）
第一步：连接好装置，检验气密性，在仪器内装入药品．
第二步：让某一装置先发生反应，直到产生的气体不能再在Ⅲ中溶解，再通入另一装置中产生的气体，片刻后，Ⅲ中出现固体．继续向Ⅲ中通入两种气体，直到不再有固体产生．
第三步：分离Ⅲ中所得的混合物，得到NaHCO₃固体．
第四步：向滤液中加入适量的某固体粉末，有NH₄Cl晶体析出．

（1）图1中所示装置的连接顺序是：a接f；e接d；b接c（填接口编号）．
（2）Ⅰ中盛放稀盐酸的仪器名称是长颈漏斗，Ⅳ中应选用的液体为饱和NaHCO₃溶液．
（3）第二步中让B（填序号）装置先发生反应．
（4）第四步中所加固体粉末为NaCl．所得的晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO₃
（约占5%～8%），请设计一个简单的实验，不使用其他任何试剂，证明所得晶体大部分是NH₄C1．简要写出操作和现象取少量固体放入试管中，加热，固体大部分消失，在试管口内壁又有较多的固体凝结．
方法二：把CO₂通入饱和Na₂CO₃溶液制取NaHCO₃．装置如图2所示（气密性已检验，部分夹持装置略）：
（5）请结合化学平衡移动原理解释B中溶液的作用CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在时，可使上述平衡向左移动，从而减少CO₂在水中的溶解，同时吸收挥发出来的HCl气体．
（6）当C中有大量白色固体析出时，停止实验，将固体过滤、洗涤、干燥备用．为确定固体的成分，实验小组设计方案如下（取一定量的固体，配成溶液作为样液，其余固体备用）：
①方案1：取样液与澄清的Ca（OH）₂溶液混合，出现白色沉淀．
实验小组对现象产生的原理进行分析，认为该方案不合理，理由是Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液发生反应生成白色沉淀，无法确定固体的成分中是否含有NaHCO₃．
②方案2：取样液与BaCl₂溶液混合，出现白色沉淀并有气体产生．
实验小组认为固体中存在NaHCO₃，其离子方程式是2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
方法三：（7）请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法（用相关的化学反应方程式来表示）：NaOH+CO₂=NaHCO₃或Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃．

Answer 1

分析 （1）根据装置A制取CO₂，装置B制取NH₃，装置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳与氨气通入C中，其中氨气应防止倒吸，据此分析连接仪器装置；
（2）A装置是制备二氧化碳气体一般用碳酸钙和盐酸反应生成，二氧化碳气体中含有氯化氢气体，会影响碳酸氢钠的生成，D为装置除杂可以用饱和碳酸氢钠溶液；
（3）氨气易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度较小，制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水；
（4）为了析出氯化铵晶体，则向滤液中加入适量的NaCl粉末，提高氯离子浓度，使NH₄Cl晶体析出；实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵，是利用氯化铵的性质，受热生成氯化氢和氨气气体，在试管口处温度降低重新生成固体氯化铵分析判断；
（5）B中酸可抑制二氧化碳的溶解，且能够吸收二氧化碳中的氯化氢气体；
（6）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液发生反应生成白色沉淀；
②样液与BaCl₂溶液混合，现白色沉淀并有气体产生，沉淀为碳酸钡、气体为二氧化碳；
（7）氢氧化钠与过量的二氧化碳反应生成碳酸氢钠，也可以用碳酸钠与二氧化碳反应生成碳酸氢钠，据此写出反应的化学方程式．

解答 解：（1）向饱和氯化钠溶液中通入足量的二氧化碳与氨气反应生成NaHCO₃沉淀，则装置A产生CO₂，装置B产生NH₃，装置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳与氨气通入C中，其中氨气应防止倒吸，则b接c，故a接f、e接d，
故答案为：d、c；
（2）A装置是制备二氧化碳气体的反应，所以Ⅰ中盛放稀盐酸的仪器名称是长颈漏斗，生成的二氧化碳气体中含有氯化氢，若不除去碳酸氢钠难以形成，所以应用饱和碳酸氢钠溶液或饱和氯化钠溶液除去，
故答案为：长颈漏斗；饱和NaHCO₃溶液；
（3）候氏制碱方法是利用氨气溶解性大极易溶解于水，二氧化碳气体水中溶解性较小，实验饱和食盐水中先通入氨气，再通入二氧化碳气体；实验操作过程中，应让B装置先发生反应，
故答案为：B；
（4）第四步中为了析出氯化铵晶体，则向滤液中加入适量的NaCl粉末，提高氯离子浓度，使NH₄Cl晶体析出；所得的氯化铵晶体中常含有少量的氯化钠和碳酸氢钠（约占5%～8%），设计简单的实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵，是利用氯化铵的分解产物为气体，温度降低氨气和氯化氢气体会重新生成固体氯化氨，方法为：取少量样品于试管中，用酒精灯加热，看到试管上端有白烟生成（或试管口有白色晶体），最后剩余极少量的固体，从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵；
故答案为：NaCl；取少量固体放入试管中，加热，固体大部分消失，在试管口内壁又有较多的固体凝结；
（5）B中酸可抑制二氧化碳的溶解，则B中溶液的作用为CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在时，可使上述平衡向左移动，从而减少CO₂在水中的溶解，同时吸收挥发出来的HCl气体，
故答案为：CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在时，可使上述平衡向左移动，从而减少CO₂在水中的溶解，同时吸收挥发出来的HCl气体；
（6）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液发生反应生成白色沉淀，所以无法确定固体的成分中是否含有NaHCO₃，
故答案为：Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液发生反应生成白色沉淀，无法确定固体的成分中是否含有NaHCO₃；
②样液与BaCl₂溶液混合，现白色沉淀并有气体产生，沉淀为碳酸钡、气体为二氧化碳，离子反应为2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
故答案为：2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
（7）可以将过量的CO₂通入NaOH溶液或Na₂CO₃中，反应的化学方程式为：NaOH+CO₂=NaHCO₃或Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃，
故答案为：NaOH+CO₂=NaHCO₃或Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃．

点评 本题考查了纯碱工业原理及其应用，题目难度中等，明确制备流程及常见物质的性质为解答关键，注意掌握侯氏制碱法的反应原理，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学实验能力．