Question

11．某实验小组拟用50mL NaOH溶液吸收CO₂气体，制备Na₂CO₃溶液．

（I）向50mL NaOH溶液中逐渐通入一定量的CO₂（假设溶液体积不变），随后取此溶液10mL，将其稀释至100mL，并向此稀释后的溶液中逐滴加入0.1mol•L^-1的盐酸，产生CO₂气体的体积（标准状况下）与所加入的盐酸的体积关系如图1所示．
（1）写出OA段所发生反应的离子方程式：H⁺+OH^-═H₂O、CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-．
（2）NaOH在吸收CO₂后，所得溶液中溶质的物质的量浓度之比为1：1．
（3）产生的CO₂体积（标准状况下）为0.056L．
（4）原NaOH溶液的物质的量浓度为0.75mol/L
（II）为了防止通入的CO₂气体过量生成NaHCO₃，设计了如下实验步骤：
①用25mL NaOH溶液吸收CO₂气体，至CO₂气体不再溶解；
②小火煮沸溶液1min～2min；
③在得到的溶液中加入另一半（25mL）NaOH溶液，使其充分混合，此方案能制得较纯净的Na₂CO₃（第一步的实验装置如图2所示）
（1）写出①、③两步的化学反应方程式①NaOH+CO₂=NaHCO₃．③NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O
（2）装置B中盛放的试剂是饱和NaHCO₃溶液，作用是除去二氧化碳中HCl．
（3）有人认为将实验步骤②、③的顺序对调，即先混合再煮沸更合理，你认为对吗？不对（填“对”或“不对”），理由若不先除去溶液中溶解的CO₂气体，则实验③加入的NaOH溶液将有一部分与CO₂气体反应，使NaOH溶液不能完全转化为Na₂CO₃．这样制取的Na₂CO₃中就会混有NaHCO₃．
（4）实验室中吸收尾气的方法很多．如图装置中可以用来吸收氨气的是ACE．

Answer 1

分析 （I）（1）碳酸钠和稀盐酸反应方程式为：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl、NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，根据图知，加入稀盐酸时没有气体生成，如果溶质完全是碳酸钠，碳酸钠和稀盐酸反应生成碳酸氢钠、碳酸氢钠和稀盐酸反应生成二氧化碳时消耗的稀盐酸体积应该相等，实际上OA段消耗盐酸量是AB段的2倍，说明溶液中溶质有Na₂CO₃和NaOH，OA段为NaOH、碳酸钠和稀盐酸的反应；
（2）中和NaOH消耗HCl的体积为50mL-25mL=25mL，根据反应消耗盐酸的体积计算NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比；
（3）生成二氧化碳消耗消耗25mL盐酸，根据NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑计算二氧化碳体积；
（4）生成CO₂气体最大时，此时溶液中溶质为NaCl，根据钠离子、氯离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）=n（HCl），进而计算c（NaOH）；
（II）①用25mL NaOH溶液吸收CO₂气体，至CO₂气体不再溶解，二者完全反应生成NaHCO₃，发生NaOH+CO₂=NaHCO₃；
②小火煮沸溶液1min～2min，可除去溶液中过量的CO₂；
③在得到的溶液中加入另一半（25mL）NaOH溶液，使其充分混合，发生NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，得较纯净的Na₂CO₃，
（1）①、③两步的反应分别是NaOH和足量二氧化碳的反应、NaOH和碳酸氢钠的反应；
（2）A装置是制取二氧化碳，盐酸具有挥发性，所以生成的二氧化碳中含有HCl，B装置是除去二氧化碳中HCl，且不能引进新的杂质，应该用饱和碳酸氢钠溶液；
（3）如果实验步骤②③的顺序对调，溶液中溶解了部分二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钠反应，使氢氧化钠的量减少，混合液中碳酸氢钠和氢氧化钠的物质的量不相等；
（4）有缓冲装置的能防止倒吸．

解答 解：（I）（1）碳酸钠和稀盐酸反应方程式为：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl、NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，根据图知，加入稀盐酸时没有气体生成，如果溶质完全是碳酸钠，碳酸钠和稀盐酸反应生成碳酸氢钠、碳酸氢钠和稀盐酸反应生成二氧化碳时消耗的稀盐酸体积应该相等，实际上OA段消耗盐酸量是AB段的2倍，说明溶液中溶质有Na₂CO₃和NaOH，OA段为NaOH、碳酸钠和稀盐酸的反应，离子方程式为：H⁺+OH^-═H₂O、CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-，
故答案为：H⁺+OH^-═H₂O、CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-；
（2）中和NaOH消耗HCl的体积为50mL-25mL=25mL，由方程式可知NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比等于两个过程分别消耗盐酸的体积之比，故NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比=25mL：25mL=1：1，则二者的物质的量浓度之比为1：1，
故答案为：1：1；
（3）生成二氧化碳消耗消耗25mL盐酸，根据NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，可知CO₂体积（标准状况下）为0.025L×0.1mol/L×22.4L/mol=0.056L，
故答案为：0.056L；
D．生成CO₂气体最大时，此时溶液中溶质为NaCl，根据钠离子、氯离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）=n（HCl）=0.075L×0.1mol/L=0.0075mol，故原氢氧化钠溶液的浓度=$\frac{0.0075mol}{0.01L}$=0.75mol/L，
故答案为：0.75mol/L；
（II）①用25mL NaOH溶液吸收CO₂气体，至CO₂气体不再溶解，二者完全反应生成NaHCO₃，发生NaOH+CO₂=NaHCO₃；
②小火煮沸溶液1min～2min，可除去溶液中过量的CO₂；
③在得到的溶液中加入另一半（25mL）NaOH溶液，使其充分混合，发生NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，得较纯净的Na₂CO₃，
（1）①、③两步的反应分别是NaOH和足量二氧化碳的反应、NaOH和碳酸氢钠的反应，反应方程式分别为NaOH+CO₂=NaHCO₃、NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，
故答案为：NaOH+CO₂=NaHCO₃；NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O；
（2）A装置是制取二氧化碳，盐酸具有挥发性，所以生成的二氧化碳中含有HCl，B装置是除去二氧化碳中HCl，且不能引进新的杂质，应该用饱和饱和NaHCO₃溶液，所以B中溶液是饱和NaHCO₃溶液，作用是除去二氧化碳中HCl，
故答案为：饱和NaHCO₃溶液；除去二氧化碳中HCl；
（3）如果实验步骤②③的顺序对调，溶液中溶解了部分二氧化碳，二氧化碳和氢氧化钠反应，使氢氧化钠的量减少，混合液中碳酸氢钠和氢氧化钠的物质的量不相等，所以NaOH溶液不能完全转化为Na₂CO₃．这样制取的Na₂CO₃中就会混有NaHCO₃．
故答案为：不对；若不先除去溶液中溶解的CO₂气体，则实验③加入的NaOH溶液将有一部分与CO₂气体反应，使NaOH溶液不能完全转化为Na₂CO₃．这样制取的Na₂CO₃中就会混有NaHCO₃；
（4）A．吸收装置中的导管下连漏斗，漏斗的边缘紧靠液面，有缓冲作用气体充分被吸收能防止倒吸，故A正确；
B．吸收装置中的导气管插入到液面，易吸收易溶性气体，但产生倒吸，故B错误；
C．与A相似，可起到防止倒吸作用，故C正确；
D．尾气没有被吸收，而是排放到大气中造成污染，故D错误；
E．吸收装置中的导管没直接伸入到液体中，而是与烧瓶连接紧密，有缓冲作用气体充分被吸收，能防止倒吸，故E正确．
故选ACE．

点评 本题考查物质制备、化学实验方案评价等知识点，为高频考点，侧重考查学生实验操作、实验分析、实验评价及计算能力，注意防倒吸的装置，题目难度不大．