题目内容
【题目】某化学小组模拟“侯氏制碱法”,以NaCl、NH3、CO2和水等为原料以及图1所示装置制取NaHCO3,反应的化学方程式为NH3+CO2+H2O+NaCl===NaHCO3↓+NH4Cl,然后再将NaHCO3制成Na2CO3。
(1)装置乙的作用是______________________________________。为防止污染空气,尾气中含有的______________需要进行吸收处理。
(2)由装置丙中产生的NaHCO3制取Na2CO3时,需要进行的实验操作有________________、洗涤、灼烧。
(3)若在(2)中灼烧的时间较短,NaHCO3将分解不完全,该小组对一份加热了t1min的NaHCO3样品的组成进行了研究。取加热了t1min的NaHCO3样品29.6 g完全溶于水制成溶液,然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸,并不断搅拌,随着盐酸的加入,溶液中有关离子的物质的量的变化如图2所示,则曲线c对应的溶液中的离子是______________________(填离子符号);该样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是__________。
(4)若取10.5 g NaHCO3固体,加热了t1min后,剩余固体的质量为7.4 g。如果把此剩余固体全部加入到200 mL 1 mol·L-1的盐酸中,则充分反应后溶液中H+的物质的量浓度为__________(设溶液体积变化忽略不计)。
【答案】 吸收HCl NH3 过滤 1∶2 0.375 mol·L-1
【解析】(1)装置甲是制备二氧化碳气体的反应装置,生成的二氧化碳气体中含有氯化氢气体,对制备碳酸氢钠有影响,装置乙的作用是吸收氯化氢气体;最后的尾气中含有氨气不能排放到空气中,需要进行尾气吸收;(2)由装置丙中产生的NaHCO3发生的反应为,NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl,因此制取Na2CO3时需要过滤得到晶体,洗涤后加热灼烧得到碳酸钠;(3)取加热了t1min的NaHCO3样品29.6g完全溶于水制成溶液,然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸,并不断搅拌.随着盐酸的加入,发生反应CO32-+H+=HCO3-、HCO3-+H+=CO2↑+H2O;溶液中有关离子的物质的量的变化为碳酸根离子减小,碳酸氢根离子浓度增大,当碳酸根离子全部转化为碳酸氢根离子,再滴入盐酸和碳酸氢根离子反应生成二氧化碳,碳酸氢根离子减小,所以c曲线表示的是碳酸氢根离子浓度变化;根据图像可判断碳酸根离子的物质的量0.2mol,因此根据碳原子守恒可知碳酸氢根离子的物质的量是0.1mol,因此样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是1:2;(4)10.5gNaHCO3固体物质的量为0.125mol,加热了一段时间后,剩余固体的质量为7.4g,则根据方程式可知
2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O △m
2mol 1mol 62g
0.1mol 0.05mol 10.5g-7.4g=3.1g
反应后NaHCO3物质的量=0.125mol-0.1mol=0.025mol;NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑,消耗氯化氢物质的量0.025mol;Na2CO3物质的量=0.05mol,Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑,消耗氯化氢物质的量0.1mol;剩余氯化氢物质的量=0.200L×1mol/L-0.025mol-0.1mol=0.075mol,剩余溶液中c(H+)=0.075mol÷0.2L=0.375mol/L。
