Question

Ⅰ．現(xiàn)代工業(yè)常以氯化鈉為原料制備純堿，部分工藝流程如下：

已知NaHCO₃在低溫下溶解度較�。�反應(yīng)Ⅰ為：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O

低溫  .

NaHCO₃↓+NH₄Cl，處理母液的兩種方法如下：
（1）向母液中加入石灰乳，可將其中

 

循環(huán)利用．
（2）向母液中通入NH₃，加入細(xì)小的食鹽顆粒并降溫，可得到NH₄Cl晶體．試寫出通入NH₃后，溶解度較小的酸式碳酸鹽轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛容^大的碳酸鹽的離子方程式

 

．
Ⅱ．某化學(xué)小組模擬“侯氏制堿法”，以NaCl、NH₃、CO₂和水等為原料以及如圖1所示裝置制取NaHCO₃，然后再將NaHCO₃制成Na₂CO₃．

（1）裝置丙中冷水的作用是

 

；
（2）由裝置丙中產(chǎn)生的NaHCO₃制取Na₂CO₃時(shí)，需要進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)操作有

 

、洗滌、灼燒．NaHCO₃轉(zhuǎn)化為Na₂CO₃的化學(xué)方程式為

 

；
（3）若在（2）中灼燒的時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全，該小組對(duì)一份加熱了t₁min的NaHCO₃樣品的組成進(jìn)行了以下探究．
取加熱了t₁min的NaHCO₃樣品29.6g完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌．隨著鹽酸的加入，溶液中有關(guān)離子的物質(zhì)的量的變化如圖2所示．
則曲線a對(duì)應(yīng)的溶液中的離子是

 

（填離子符號(hào)下同）；曲線c對(duì)應(yīng)的溶液中的離子是

 

；該樣品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比是

 

；
（4）若取21.0g NaHCO₃固體，加熱了t₂ rnin后，剩余固體的質(zhì)量為l4.8g．如果把此剩余固體全部加入到200mL 2mol?L^-1的鹽酸中，則充分反應(yīng)后溶液中H⁺的物質(zhì)的量濃度為

 

（設(shè)溶液體積變化忽略不計(jì)）

Answer 1

考點(diǎn)：純堿工業(yè)（侯氏制堿法）

專題：實(shí)驗(yàn)題,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：I、（1）根據(jù)流程可知，母液中含有氯化銨，加入石灰乳后可以生成氨氣；
（2）根據(jù)氨水電離成銨根和氫氧根離子，增大銨根的濃度有利于氯化銨的析出來分析，溶液堿性增強(qiáng)，使碳酸氫鈉轉(zhuǎn)換為溶解度較大的碳酸鈉．
II、（1）溫度越低，NaHCO₃的溶解度越小；
（2）裝置丙中是氨化的飽和食鹽水中通入二氧化碳生成碳酸氫鈉晶體，通過過濾得到晶體洗滌灼燒得到碳酸鈉；NaHCO₃轉(zhuǎn)化為Na₂CO₃的方法是固體加熱分解；
（3）混合物是碳酸鈉和碳酸氫鈉，滴入鹽酸發(fā)生反應(yīng)CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；依據(jù)圖象分析碳酸根離子減小，碳酸氫根離子增多；
（4）依據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量變化是碳酸氫鈉分解的原因，依據(jù)反應(yīng)前后質(zhì)量變化計(jì)算反應(yīng)的碳酸氫鈉和生成的碳酸鈉，結(jié)合試樣質(zhì)量計(jì)算剩余碳酸氫鈉，計(jì)算得到混合物反應(yīng)消耗的氫離子得到．

解答： 解：I、（1）根據(jù)題中反應(yīng)流程可知，過濾后得到的母液中含有氯化銨，母液中加入石灰乳后，反應(yīng)生成氨氣，氨氣可以在反應(yīng)流程中循環(huán)利用，故答案為：NH₃；
（2）氨氣溶于水后生成氨水，氨水電離成銨根和氫氧根離子，增加NH₄⁺的濃度，有利于沉淀平衡向生成NH₄Cl的方向進(jìn)行，溶液堿性增強(qiáng)，并將NaHCO₃轉(zhuǎn)化為Na₂CO₃而不析出，可以提高氯化銨的純度，反應(yīng)的離子方程式為HCO₃^-+NH₃=NH₄⁺+CO₃^2-，故答案為：HCO₃^-+NH₃=NH₄⁺+CO₃^2-；
II、（1）NaHCO₃的溶解度隨著溫度的降低而減小，故用冷水可以使溶液冷卻，降低NaHCO₃的溶解度，使之更易析出，故答案為：冷卻，使NaHCO₃晶體析出；
（2）由裝置丙中產(chǎn)生的NaHCO₃發(fā)生的反應(yīng)為，NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl；制取Na₂CO₃時(shí)需要過濾得到晶體，洗滌后加熱灼燒得到碳酸鈉；碳酸氫鈉受熱分解生成二氧化碳、碳酸鈉、水，反應(yīng)為：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案為：過濾； 2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（3）若在（2）中灼燒的時(shí)間較短，NaHCO₃將分解不完全，該小組對(duì)一份加熱了t₁min的NaHCO₃樣品的組成進(jìn)行了研究．取加熱了t₁min的NaHCO₃樣品29.6g 完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中緩慢地滴加稀鹽酸，并不斷攪拌．隨著鹽酸的加入，發(fā)生反應(yīng) CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-；  HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O；溶液中有關(guān)離子的物質(zhì)的量的變化為：碳酸根離子減小，碳酸氫根離子濃度增大，當(dāng)碳酸根離子全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫根離子，再滴入鹽酸和碳酸氫根離子反應(yīng)生成二氧化碳，碳酸氫根離子減小，在此過程中，Na⁺不參與反應(yīng)，濃度一直不變，故a曲線表示的是Na⁺濃度的變化；所以c曲線表示的是碳酸氫根離子濃度變化；碳酸根離子濃度0.2mol/L；碳酸氫根離子濃度為0.1mol/L；樣品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比是1：2；
故答案為：Na⁺；HCO₃^-；1：2；
（4）若取21g NaHCO₃固體物質(zhì)的量=

21g

84g/mol

=0.25mol，加熱了t₁min后，剩余固體的質(zhì)量為14.8g．
2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
 2         1                 62
0.2mol    0.1mol           21g-14.8g
反應(yīng)后NaHCO₃物質(zhì)的量=0.25mol-0.2mol=0.05mol；NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑；消耗氯化氫物質(zhì)的量0.05mol；
Na₂CO₃物質(zhì)的量=0.1mol，Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑，消耗氯化氫物質(zhì)的量0.2mol；剩余氯化氫物質(zhì)的量=0.200L×2mol/L-0.05mol-0.2mol=0.15mol，剩余溶液中c（H⁺）=

0.15mol

0.2L

=0.75mol/L，
故答案為：0.75mol/L．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了工業(yè)制純堿的原理分析，生產(chǎn)過程中的物質(zhì)變化，混合物成分的分析判斷和計(jì)算應(yīng)用，實(shí)驗(yàn)過程分析，除雜操作，尾氣吸收，圖象定量分析判斷，題目難度中等．