Question

某实验小组把CO₂通入饱和Na₂CO₃溶液制取NaHCO₃，装置如图所示（气密性已检验，部分夹持装置略）：

（1）D中产生NaHCO₃的化学方程式是     。
（2）请结合化学平衡移动原理解释B中溶液的作用      。
（3）当D中有大量白色固体析出时，停止实验，将固体过滤、洗涤、干燥备用。为确定固体的成分，实验小组设计方案如下（称取一定质量的固体，配成1000 mL溶液作为样液，其余固体备用）：
① 方案1：取样液与澄清的Ca(OH)₂溶液混合，出现白色沉淀。
实验小组对现象产生的原理进行分析，认为该方案不合理，理由是      。
② 方案2：取样液与BaCl₂溶液混合，出现白色沉淀并有气体产生。
实验小组认为固体中存在NaHCO₃，其离子方程式是     。
该小组认为不能确定是否存在Na₂CO₃，你认为该结论是否合理？_____。
③ 方案3：实验小组中甲、乙同学利用NaHCO₃的不稳定性进行如下实验：
甲同学：取样液400 mL，用pH计测溶液pH，再水浴加热蒸发至200 mL，接下来的操作是      ，结果表明白色固体中存在NaHCO₃。为进一步证明白色固体是否为纯净的NaHCO₃，结合甲同学实验，还应补充的实验是     。
乙同学：利用仪器测定了固体残留率随温度变化的曲线，如下图所示。

a. 根据A点坐标得到的结论是     。
b. 根据B点坐标，计算残留固体中n(NaHCO₃:n(Na₂CO₃))=       。
通过上述实验，该小组认为，可以向饱和Na₂CO₃溶液中通入过量CO₂制备NaHCO₃。

Answer 1

（1）Na₂CO₃+CO₂+H₂O = 2NaHCO₃ （2分）
（2）CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂OH₂CO₃HCO₃^－+H⁺，有H₂SO₄存在时，可使上述平衡向左移动，从而减少CO₂在水中的溶解，同时吸收挥发出来的HCl气体（2分）
（3）① Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca(OH)₂溶液发生反应生成白色沉淀，无法确定固体的成分中是否含有NaHCO₃。（2分）
② 2HCO₃^－+Ba²⁺=BaCO₃↓+ CO₂↑+H₂O（2分）
合理（1分）
③ 接下来的操作：冷却到室温，加水至溶液体积为400 mL，再次测定pH（2分）
补充实验：取相同质量的纯净的NaHCO₃配成1000 mL溶液，取400 mL，重复甲的实验，进行对照。（2分）
a．白色固体为NaHCO₃（2分）
b．71:42（或1.69）（1分）

试题分析： A装置中反应制备CO₂，其中有杂质HCl、H₂O(g)，B装置既减少CO₂的溶解，又能吸收HCl，C装置干燥CO₂，D装置制备碳酸氢钠。（3）Na₂CO₃和NaHCO₃都能和Ca(OH)₂反应生成白色沉淀，方案1不合理，方案2 Na₂CO₃和BaCl₂反应有白色沉淀，NaHCO₃和BaCl₂反应有白色沉淀和气体，因此可以确定NaHCO₃存在，但不能确定Na₂CO₃的存在。方案3 Na₂CO₃和NaHCO₃溶液都显碱性，但水解程度不同，可通过比较PH值前后大小进行区别。乙同学在温度为180时，残留率正好符合NaHCO₃完全分解的计算，B点根据差量法进行计算，设原来有100克NaHCO₃，反应后剩余80克，减少20克是CO₂和H₂O的质量，列方程组计算。