Question

18．侯氏制碱法制取纯碱的生产流程如图1所示：

某小组同学在实验室模拟该流程制纯碱，设计如下：
可供选择的试剂有：6mol•L^-1盐酸、6mol•L^-1硫酸、浓氨水、生石灰、石灰石、氯化铵、蒸馏水和冰．（夹持仪器略）
请回答：
（1）A装置中所装试剂是6mol/L 盐酸和石灰石，B装置的作用是除去CO₂中的HCl．
（2）用相关化学用语说明D装置制取气体的原理氧化钙与水反应放热，使NH₃•H₂O分解产生NH₃溶液中c（OH^-）增大，使
NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-平衡逆向移动，利于NH₃的逸出，CaO与水结合平衡逆向移动．
（3）检验D装置中产生的气体的方法从C中取出D装置导管，将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处，若变蓝，则产生的气体为NH₃．
（4）根据下表中四种物质的溶解度，回答：

	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃
NaCl	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6
NH4HCO3	11.9	15.8	21.0	27.0	-
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8

①侯氏制碱是在30℃左右进行生产的，那么沉淀池中在3030℃C时析出的物质X是NaHCO₃，分离方法过滤．C装置中反应的化学方程式是NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl．
②依据上表和工业流程图1，为了从C装置中分离后的溶液中得到更多的副产品NH₄Cl，可采取的措施是a、c．
a．加NH₃和NaCl       b．通入CO₂      c．降低温度
（5）C装置中产品X经煅烧得到纯碱，其中常含有少量的NaCl，为测定其纯度，某实验小组设计的以下方案正确的是②、③．
①取纯碱样品ag于试管中，溶解后，加入过量盐酸，用碱石灰吸收产生的气体，碱石灰增重bg．
②取纯碱样品ag于试管中，溶解后，先加入过量硝酸酸化，再滴加过量的AgNO₃溶液，产生的沉淀经过滤、洗涤、干燥，称其质量为bg．
③取纯碱样品ag于试管中，溶解后，滴加过量的CaCl₂溶液，沉淀经过滤、洗涤、干燥，称其质量为bg．

Answer 1

分析 侯氏制碱法制取纯碱反应原理可用下列化学方程式表示：NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O根据反应原理，实验操作过程为：先制得NH₃（右边装置）和CO₂（左边装置），B装置除去二氧化碳中的氯化氢；氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，再将制得的气体依次通入C装置中饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体，再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱，
（1）A装置为制取二氧化碳的装置，实验室用碳酸钙和盐酸反应制取二氧化碳；
（2）D装置为制取氨气的装置，选用浓氨水、生石灰制取，根据一水合氨为弱碱的电离平衡分析制取气体的原理；
（3）D装置为制取氨气的装置，根据氨气的性质选择检验的方法；
（4）根据溶解度表分析，30℃左右碳酸氢钠溶解度最小，分离沉淀的方法为过滤，C装置中二氧化碳、氨气和水反应生成碳酸氢钠；根据氨气溶于水后生成氨水，氨水电离成铵根，增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来分析，根据同离子效应分析氯离子的影响，根据温度对溶解度的影响分析；
（5）①根据碳守恒，依据碱石灰增重测纯度，未考虑水蒸气的影响；②根据氯元素守恒测定NaCl含量；③根据碳元算守恒测碳酸钠质量．

解答 解：侯氏制碱法制取纯碱反应原理可用下列化学方程式表示：NaCl（饱和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O根据反应原理，实验操作过程为：先制得NH₃（右边装置）和CO₂（左边装置），B装置除去二氧化碳中的氯化氢；再将制得的气体依次通入C装置中饱和食盐水中即得碳酸氢钠晶体，再加热碳酸氢钠晶体就可以得到纯碱，
（1）实验室通常用稀盐酸与大理石（或石灰石）反应制取二氧化碳，碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，所以A装置中所装试剂是6mol/L 盐酸、石灰石，B装置除去二氧化碳中的氯化氢，氯化氢能够与碳酸氢钠反应生成二氧化碳，
故答案为：6mol/L 盐酸；石灰石；除去CO₂中的HCl；
（2）D装置为制取氨气的装置，选用浓氨水、生石灰制取，氧化钙与水反应放热，使NH₃•H₂O分解产生NH₃，溶液中c（OH^-）增大，使NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-平衡逆向移动，利于NH₃的逸出，CaO与水结合平衡逆向移动，
故答案为：氧化钙与水反应放热，使NH₃•H₂O分解产生NH₃；溶液中c（OH^-）增大，使NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-平衡逆向移动，利于NH₃的逸出，CaO与水结合平衡逆向移动；
（3）D装置为制取氨气的装置，氨气易溶于水，为碱性气体，可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，利用该性质检验D装置中产生的气体，所以操作为：从C中取出D装置导管，将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处，若变蓝，则产生的气体为NH₃，
故答案为：从C中取出D装置导管，将湿润的红色石蕊试纸放于导管口处，若变蓝，则产生的气体为NH₃；
（4）①根据溶解度表分析，30℃左右碳酸氢钠溶解度11.1g最小，所以沉淀池中在30℃C时析出的物质X是NaHCO₃，固液分离的方法为过滤，C装置中二氧化碳、氨气和水反应生成碳酸氢钠，反应为：NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl，
故答案为：NaHCO₃；过滤；NaCl+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
②a．氨气溶于水后生成氨水，氨水电离成铵根，增大铵根的浓度有利于氯化铵的析出来，加入氯化钠，增大溶液中氯离子浓度，有利于氯化铵的析出来，所以选项a正确；
b．通入二氧化碳对氯化铵的析出无影响，故b错误；
降低温度，可使氯化铵的溶解度降低，有利于氯化铵的析出来，所以选项C正确；
故答案为：a、c；
（5）①水蒸气会进入碱石灰，导致干燥管质量增加，测定的生成二氧化碳的质量偏大，碳酸钠的质量偏大，故①错误；
②取纯碱样品ag于试管中，溶解后，先加入过量硝酸酸化，再滴加过量的AgNO₃溶液，产生氯化银沉淀，根据氯元素守恒，n（Cl）=n（AgCl）=n（NaCl），能测定其纯度，故②正确；
③取纯碱样品ag于试管中，溶解后，滴加过量的CaCl₂溶液，沉淀经过滤、洗涤、干燥，得到碳酸钙，其质量为bg，根据碳元素守恒，n（CaCO₃）=n（Na₂CO₃），能测定其纯度，故②正确；
故答案为：②、③．

点评 本题以侯氏制碱法的原理为切入点，分别考查药品的选用、操作过程分析、实验装置评价、化学计算、化工生产原理等知识，题目难度中等，正确分析题干信息为解答关键，试题有利于培养学生的分析、理解能力及化学实验能力．