Question

我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”曾為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)．他利用NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl等物質(zhì)溶解度的差異，以食鹽、氨氣、二氧化碳等為原料先制得NaHCO₃，進(jìn)而生產(chǎn)出純堿．下面是在實(shí)驗(yàn)室中模擬“侯氏制堿法”制取NaHCO₃的實(shí)驗(yàn)步驟：
第一步：連接好裝置，檢驗(yàn)氣密性，在儀器內(nèi)裝入藥品．
第二步：先讓一裝置發(fā)生反應(yīng)，直到產(chǎn)生的氣體不能再在C中溶解時，再通入另一裝置中產(chǎn)生的氣體，片刻后，C中出現(xiàn)固體．繼續(xù)向C中通入兩種氣體，直到不再有固體產(chǎn)生．
第三步：過濾C中所得的混合物，得到NaHCO₃固體．
第四步：向?yàn)V液中加入適量的NaCl粉末，有NH₄Cl晶體析出．
請回答下列問題：
（1）圖中裝置的連接順序是：（a）接

 

，

 

接

 

，（b）接

 

．

（2）A中常選用的固體反應(yīng)物為

 

，D中應(yīng)選用的液體為

 

：B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

．
（3）第二步驟中必須先讓

 

裝置先發(fā)生反應(yīng)．
（4）C中用球形干燥管而不用直導(dǎo)管，其作用是

 

，C中廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生固體的總化學(xué)方程式為

 

．
（5）第四步中分離出NH₄Cl晶體的操作是

 

；其所得的NH₄Cl晶體中常含有少量的NaCl和NaHCO₃約占5%-8%），請?jiān)O(shè)計(jì)一個簡單的實(shí)驗(yàn)證明所得固體的成分大部分是NH₄Cl．簡要寫出操作和現(xiàn)象

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：純堿工業(yè)（侯氏制堿法）,性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）根據(jù)裝置A制取CO₂，裝置B制取NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中應(yīng)防止倒吸，據(jù)此分析連接儀器裝置；
（2）A裝置是制備二氧化碳?xì)怏w一般用碳酸鈣和鹽酸反應(yīng)生成，B是制取氨氣裝置，二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫氣體，會影響碳酸氫鈉的生成，D為裝置除雜可以用飽和碳酸氫鈉溶液；
（3）氨氣易溶于水，二氧化碳在水中的溶解度較小，制取碳酸氫鈉時先要得到含氨的飽和食鹽水；
（4）C中用球形干燥管球形部分空間大，液面上升緩慢，起緩沖作用，所以不用直導(dǎo)管；C中廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生固體NaHCO₃，依據(jù)侯氏制堿法原理書寫方程式；
（5）分離氯化銨沉淀通常用過濾操作，氯化銨晶體中常含有少量的氯化鈉和碳酸氫鈉，實(shí)驗(yàn)證明所得固體的成分大部分是氯化銨，是利用氯化銨的性質(zhì)，受熱生成氯化氫和氨氣氣體，在試管口處溫度降低重新生成固體氯化銨分析判斷；

解答： 解：（1）足量的CO₂與NaOH反應(yīng)生成NaHCO₃，裝置A產(chǎn)生CO₂，裝置B產(chǎn)生NH₃，裝置D除去二氧化碳中的HCl，二氧化碳與氨氣通入C中應(yīng)防止倒吸，則b接c，故a接f、e接d，
故答案為：f、e、d、c；
（2）A裝置是制備二氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)，所以固體為CaCO₃用塊狀石灰石，生成的二氧化碳?xì)怏w中含有氯化氫，若不除去碳酸氫鈉難以形成，所以應(yīng)用飽和碳酸氫鈉溶液或飽和氯化鈉溶液除去，B是制取氨氣裝置，氧化鈣和氨水反應(yīng)生成氫氧化鈣和氨氣，反應(yīng)為CaO+NH₃?H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑，
故答案為：塊狀石灰石；飽和NaHCO₃溶液；CaO+NH₃?H₂O=Ca（OH）₂+NH₃↑；
（3）候氏制堿方法是利用氨氣溶解性大極易溶解于水，二氧化碳?xì)怏w水中溶解性較小，實(shí)驗(yàn)飽和食鹽水中先通入氨氣，再通入二氧化碳?xì)怏w；實(shí)驗(yàn)操作過程中，應(yīng)讓B裝置先發(fā)生反應(yīng)，
故答案為：B；
（4）氨氣極易溶于水，用直導(dǎo)管向飽和氯化鈉溶液中通入氨氣，容易發(fā)生倒吸，C中用球形干燥管球形部分液面上升慢起緩沖作用，可以防止倒吸，
侯氏制堿法，也稱為聯(lián)合制堿法，化學(xué)反應(yīng)原理是用氨氣和二氧化碳與氯化鈉飽和溶液反應(yīng)生成碳酸氫鈉，然后加熱碳酸氫鈉制取碳酸鈉，所以C中廣口瓶內(nèi)產(chǎn)生固體的總化學(xué)方程式為NH₃+H₂O+CO₂+NaCl=NH₄Cl+NaHCO₃↓，
故答案為：防倒吸；CO₂+NH₃+NaCl+H₂O=NaHCO₃↓+NH₄Cl；
（5）第四步：向?yàn)V液中加入適量的NaCl粉末，有NH₄Cl晶體析出，分離固體和液體用過濾的方法，步驟④中所得的氯化銨晶體中常含有少量的氯化鈉和碳酸氫鈉（約占5%～8%），設(shè)計(jì)簡單的實(shí)驗(yàn)證明所得固體的成分大部分是氯化銨，是利用氯化銨的分解產(chǎn)物為氣體，溫度降低氨氣和氯化氫氣體會重新生成固體氯化氨，方法為：取少量樣品于試管中，用酒精燈加熱，看到試管上端有白煙生成（或試管口有白色晶體），最后剩余極少量的固體，從而證明所得固體的成分大部分是氯化銨；
故答案為：過濾；取少量樣品于試管中，用酒精燈加熱，看到試管上端有白煙生成（或試管口有白色晶體），最后剩余極少量的固體，從而證明所得固體的成分大部分是氯化銨；

點(diǎn)評：本題考查了實(shí)驗(yàn)制備碳酸氫鈉的過程分析和裝置作用判斷，掌握候氏制堿的反應(yīng)原理和反應(yīng)特征是解題關(guān)鍵，熟練掌握工業(yè)制備流程和注意問題，能順利解決問題，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，題目難度中等．