Question

13．已知NaHCO₃低溫時(shí)溶解度小，侯德榜制堿的方法是：向氨化的飽和食鹽水中通入過量的二氧化碳，即有晶體析出，經(jīng)過濾、洗滌、焙燒得純堿．此過程可以表示為：
①NaCl （飽和）+NH₃+CO₂+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl（此反應(yīng)是放熱反應(yīng)）
②2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
現(xiàn)某化學(xué)小組根據(jù)上述原理在實(shí)驗(yàn)室中模擬制堿過程，圖1C裝置是溶有氨和NaCl的溶液，且二者均達(dá)到了飽和．

（1）制CO₂時(shí)為了使反應(yīng)隨開隨用，隨關(guān)隨停，上圖A方框內(nèi)應(yīng)選用以下③裝置（填序號(hào)）．簡述該裝置能隨關(guān)隨停的理由關(guān)閉彈簧夾后反應(yīng)生成的氣體使上部壓強(qiáng)增大，到達(dá)一定程度后可把反應(yīng)液壓回漏斗，使固液分離從而停止反應(yīng)．
（2）為使實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蜻M(jìn)行，在B方框內(nèi)內(nèi)應(yīng)選用圖2中的⑤裝置（填寫序號(hào)），該裝置內(nèi)應(yīng)裝入的試劑是飽和碳酸氫鈉溶液．

（3）該小組同學(xué)按正確的方法連接裝置，檢驗(yàn)氣密性合格后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)析出的晶體非常少，在老師的指導(dǎo)下，他們對(duì)某個(gè)裝置進(jìn)行了改進(jìn)，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模�你認(rèn)為他們的改進(jìn)方法是將C裝置浸泡在一個(gè)盛有冰水混合物的水槽里（或大燒杯中）．
（4）若所用飽和食鹽水中含有NaCl的質(zhì)量為5.85g，實(shí)驗(yàn)后得到干燥的NaHCO₃晶體的質(zhì)量為5.46g，假設(shè)第二步分解時(shí)沒有損失，則Na₂CO₃的產(chǎn)率為65%（產(chǎn)率為實(shí)際產(chǎn)量占理論產(chǎn)量的百分比）．

Answer 1

分析 （1）制CO₂時(shí)為了使反應(yīng)隨開隨用，隨關(guān)隨停，需要應(yīng)用啟普發(fā)生器的裝置原理，利用止水夾控制氣體壓強(qiáng)，使液體和固體分離停止反應(yīng)，打開壓強(qiáng)減小液體和固體接觸繼續(xù)反應(yīng)；
（2）制備出二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫氣體，影響碳酸氫鈉的生成，B裝置中需要通過飽和碳酸氫鈉溶液除去；則B裝置為洗氣裝置；
（3）降低反應(yīng)的溫度，碳酸氫鈉溶解度減��；
（4）依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算理論生成碳酸氫鈉的質(zhì)量，依據(jù)碳酸氫鈉分解的化學(xué)方程式計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量，結(jié)合實(shí)際生成碳酸鈉的質(zhì)量計(jì)算產(chǎn)率．

解答 解：（1）啟普發(fā)生器是隨時(shí)進(jìn)行，隨時(shí)停止的裝置，適用于固體和液體不加熱反應(yīng)生成不溶于水的氣體制備反應(yīng)，所以制CO₂時(shí)為了使反應(yīng)隨開隨用，隨關(guān)隨停應(yīng)符合啟普發(fā)生器的原理應(yīng)用，應(yīng)該選用裝置③，利用止水夾控制氣體壓強(qiáng)，關(guān)閉彈簧夾后反應(yīng)生成的氣體使上部壓強(qiáng)增大，到達(dá)一定程度后可把反應(yīng)液壓回漏斗，使液體和固體分離停止反應(yīng)，打開壓強(qiáng)減小液體和固體接觸繼續(xù)反應(yīng)；
故答案為：③；關(guān)閉彈簧夾后反應(yīng)生成的氣體使上部壓強(qiáng)增大，到達(dá)一定程度后可把反應(yīng)液壓回漏斗，使固液分離從而停止反應(yīng)；
（2）制備出二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫氣體，影響碳酸氫鈉的生成，B裝置中需要通過飽和碳酸氫鈉溶液除去；則B裝置洗氣裝置，導(dǎo)氣管長進(jìn)短出，所以選擇圖中的裝置⑤；
故答案為：⑤；飽和碳酸氫鈉溶液；
（3）通過降低溫度，減小碳酸氫鈉的溶解度，使碳酸氫鈉析出，所以將C裝置浸泡在一個(gè)盛有冰水混合物的水槽里（大燒杯）可以達(dá)到目的；
故答案為：將C裝置浸泡在一個(gè)盛有冰水混合物的水槽里（或大燒杯中）；
（4）若所用飽和食鹽水中含有NaCl的質(zhì)量為5.85g，理論上依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃+NH₄Cl，得到碳酸氫鈉質(zhì)量為$\frac{5.85}{58.5}$×84=8.4g，分解生成碳酸鈉質(zhì)量依據(jù)化學(xué)方程式計(jì)算：2NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，碳酸鈉的質(zhì)量為$\frac{8.4}{84}$×$\frac{1}{2}$×106=5.3g；實(shí)驗(yàn)后得到干燥的NaHCO₃晶體的質(zhì)量為5.46g，生成碳酸鈉質(zhì)量為：
2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
168                   106
5.46g               $\frac{5.46×106}{168}$=3.445g
假設(shè)第二步分解時(shí)沒有損失，則碳酸鈉的產(chǎn)率=$\frac{3.445g}{5.3g}$×100%=65%；
故答案為：65%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了純堿制備原理的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用，此題是一道實(shí)驗(yàn)探究綜合題，該題綜合性強(qiáng)，側(cè)重于考查學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合應(yīng)用能力和實(shí)驗(yàn)探究能力，題目難度中等．