Question

18．某實(shí)驗(yàn)小組把CO₂通入飽和Na₂CO₃溶液制取NaHCO₃，裝置如圖1所示（氣密性已檢驗(yàn)，部分夾持裝置略）：

（1）D中產(chǎn)生NaHCO₃的化學(xué)方程式是Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃．
（2）請(qǐng)結(jié)合化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋B中溶液的作用CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時(shí)，可使上述平衡向左移動(dòng)，從而減少CO₂在水中的溶解，同時(shí)吸收揮發(fā)出來(lái)的HCl氣體．
（3）當(dāng)D中有大量白色固體析出時(shí)，停止實(shí)驗(yàn)，將固體過(guò)濾、洗滌、干燥備用．為確定固體的成分，實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)方案如下（稱取一定質(zhì)量的固體，配成1000mL溶液作為樣液，其余固體備用）：
①方案1：取樣液與澄清的Ca（OH）₂溶液混合，出現(xiàn)白色沉淀．
實(shí)驗(yàn)小組對(duì)現(xiàn)象產(chǎn)生的原理進(jìn)行分析，認(rèn)為該方案不合理，理由是Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應(yīng)生成白色沉淀，無(wú)法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃．
②方案2：取樣液與BaCl₂溶液混合，出現(xiàn)白色沉淀并有氣體產(chǎn)生．
實(shí)驗(yàn)小組認(rèn)為固體中存在NaHCO₃，其離子方程式是2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
該小組認(rèn)為不能確定是否存在Na₂CO₃，你認(rèn)為該結(jié)論是否合理？合理．
③方案3：實(shí)驗(yàn)小組中甲、乙同學(xué)利用NaHCO₃的不穩(wěn)定性進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
甲同學(xué)：取樣液400mL，用pH計(jì)測(cè)溶液pH，再水浴加熱蒸發(fā)至200mL，接下來(lái)的操作是冷卻到室溫，加水至溶液體積為400mL，再次測(cè)定pH，結(jié)果表明白色固體中存在NaHCO₃．為進(jìn)一步證明白色固體是否為純凈的NaHCO₃，結(jié)合甲同學(xué)實(shí)驗(yàn)，還應(yīng)補(bǔ)充的實(shí)驗(yàn)是取相同質(zhì)量的純凈的NaHCO₃配成1000mL溶液，取400mL，重復(fù)甲的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)照．
乙同學(xué)：利用儀器測(cè)定了固體殘留率隨溫度變化的曲線，如圖2所示．
a．根據(jù)A點(diǎn)坐標(biāo)得到的結(jié)論是白色固體為NaHCO₃．
b．根據(jù)B點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算殘留固體中n（NaHCO₃：n（Na₂CO₃））=71：42．（殘留率=$\frac{剩余固體的質(zhì)量}{原始固體的質(zhì)量}$×100%）
通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，該小組認(rèn)為，可以向飽和Na₂CO₃溶液中通入過(guò)量CO₂制備NaHCO₃．

Answer 1

分析 A裝置中反應(yīng)制備CO₂，其中有雜質(zhì)HCl、H₂O（g），B裝置既減少CO₂的溶解，又能吸收HCl，C裝置干燥CO₂，D裝置制備碳酸氫鈉，
（1）由圖可知，A中生成二氧化碳，在D中二氧化碳與碳酸鈉、水反應(yīng)生成碳酸氫鈉；
（2）B中酸可抑制二氧化碳的溶解；
（3）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應(yīng)生成白色沉淀；
②樣液與BaCl₂溶液混合，現(xiàn)白色沉淀并有氣體產(chǎn)生，沉淀為碳酸鋇、氣體為二氧化碳；Na₂CO₃和BaCl₂溶液混合也能生成沉淀；
③a．A點(diǎn)說(shuō)明碳酸氫鈉分解，殘留率為63.09%；
b．B點(diǎn)殘留率為80%，設(shè)原來(lái)有100克NaHCO₃，反應(yīng)后剩余80克，減少20克是CO₂和H₂O的質(zhì)量，列方程組計(jì)算．

解答 解：A裝置中反應(yīng)制備CO₂，其中有雜質(zhì)HCl、H₂O（g），B裝置既減少CO₂的溶解，又能吸收HCl，C裝置干燥CO₂，D裝置制備碳酸氫鈉，
（1）由圖可知，A中生成二氧化碳，在D中二氧化碳與碳酸鈉、水反應(yīng)生成碳酸氫鈉，該反應(yīng)為Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃，
故答案為：Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃；
（2）B中酸可抑制二氧化碳的溶解，則B中溶液的作用為CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時(shí)，可使上述平衡向左移動(dòng)，從而減少CO₂在水中的溶解，同時(shí)吸收揮發(fā)出來(lái)的HCl氣體，
故答案為：CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，有H₂SO₄存在時(shí)，可使上述平衡向左移動(dòng)，從而減少CO₂在水中的溶解，同時(shí)吸收揮發(fā)出來(lái)的HCl氣體；
（3）①Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應(yīng)生成白色沉淀，所以無(wú)法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃，
故答案為：Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca（OH）₂溶液發(fā)生反應(yīng)生成白色沉淀，無(wú)法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃；
②樣液與BaCl₂溶液混合，現(xiàn)白色沉淀并有氣體產(chǎn)生，沉淀為碳酸鋇、氣體為二氧化碳，離子反應(yīng)為2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；Na₂CO₃和BaCl₂溶液混合也能生成沉淀，則不能確定是否存在Na₂CO₃，結(jié)論合理，
故答案為：2HCO₃^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；合理；
③甲同學(xué)：取樣液400mL，用pH計(jì)測(cè)溶液pH，再水浴加熱蒸發(fā)至200mL，接下來(lái)的操作是冷卻到室溫，加水至溶液體積為400mL，再次測(cè)定pH，可確定固體存在碳酸氫鈉，補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)為取相同質(zhì)量的純凈的NaHCO₃配成1000mL溶液，取400mL，重復(fù)甲的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)照，
故答案為：冷卻到室溫，加水至溶液體積為400mL，再次測(cè)定pH；取相同質(zhì)量的純凈的NaHCO₃配成1000mL溶液，取400mL，重復(fù)甲的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行對(duì)照；
乙同學(xué)：a．A點(diǎn)說(shuō)明碳酸氫鈉分解，殘留率為63.09%，可知白色固體為碳酸氫鈉，
故答案為：白色固體為NaHCO₃；
b．B點(diǎn)殘留率為80%，設(shè)原固體100g，則B點(diǎn)殘留固體為80g，設(shè)生成碳酸鈉為x，則
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
             106          62
               x         100g-80g
則：x=$\frac{106（100g-80g）}{62}$=34.2g，
n（NaHCO₃）=$\frac{80g-34.2g}{84g/mol}$=0.55mol，
n（Na₂CO₃）=$\frac{34.2g}{106g/mol}$=0.32mol，
n（NaHCO₃）：n（Na₂CO₃）=71：42，
故答案為：71：42．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備方案的設(shè)計(jì)，題目難度較大，涉及物質(zhì)的性質(zhì)、化學(xué)平衡、差量法計(jì)算、圖象分析較等知識(shí)，試題知識(shí)點(diǎn)較多、綜合性較強(qiáng)，（3）為解答的難點(diǎn)，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>