题目内容
2.工业制纯碱的第一步是通过饱和食盐水、氨和二氧化碳之间的反应,制取碳酸氢钠晶体.该反应原理可以用以下化学方程式表示,已知此反应是放热反应. NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)═NaHCO3(晶体)↓+NH4Cl(1)利用上述反应原理,设计如图所示装置,制取碳酸氢钠晶体.B中盛有饱和碳酸氢钠溶液,C烧杯中盛有冰水,D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉,图中夹持装置已略去.制取碳酸氢钠晶体可供选用的药品有:a.石灰石 b.生石灰 c.6mol/L盐酸 d.稀硫酸 e.浓氨水 f.饱和氯化钠溶液.
①A中制备气体时,所需药品是(选填字母代号)ac;
②B中盛有饱和碳酸氢钠溶液,其作用是除去CO2中的HCl;
③在实验过程中,向C中通入气体是有先后顺序的,应先通入气体的化学式为NH3;
④E装置向C中通气的导管不能插入液面下的原因是防倒吸.
(2)该小组同学为了测定C中所得晶体的碳酸氢钠的纯度(假设晶体中不含碳酸盐杂质),将晶体充分干燥后,称量质量为w g.再将晶体加热到质量不再变化时,称量所得粉末质量为m g.然后进行如图所示实验:
①在操作Ⅱ中,为了判断加入氯化钙溶液是否过量,其中正确的是(选填字母序号)A;
A.在加入氯化钙溶液后,振荡、静置,向溶液中继续加入少量氯化钙溶液
B.在加入氯化钙溶液后,振荡、静置,向溶液中再加入少量碳酸钠溶液
C.在加入氯化钙溶液后,振荡、静置,取上层清液再加入少量碳酸钠溶液
②操作Ⅲ的方法为过滤、洗涤、干燥;
③所得晶体中碳酸氢钠的纯度为$\frac{168n}{w}%$.
分析 (1)根据侯氏制碱法NH3+CO2+H2O+NaCl (饱和)═NaHCO3(晶体)+NH4Cl,可知此反应需要的原料为二氧化碳、氨气、饱和食盐水;
①A装置为制取二氧化碳装置,反应的离子方程式为CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O;
②A中制得的CO2中混有HCl,需要利用B装置除去CO2中的HCl;
③C装置发生的是侯氏制碱法原理,要通入NH3和CO2,因CO2在水中溶解度小,先通CO2溶液里得到的HCO3-浓度较低,无法得到NaHCO3沉淀,应选择先通氨气;
④E中生成的气体是氨气,极易溶解于水,溶解时要注意防倒吸;
(2)测定C中所得晶体的碳酸氢钠的纯度(假设晶体中不含碳酸盐杂质),将晶体充分干燥后,称量质量为wg,此时为碳酸氢钠粗品质量,操作1将晶体加热到质量不再变化时,所得粉末为碳酸钠和杂质,然后溶解,加入氯化钙溶液,氯化钙跟碳酸钠反应生成碳酸钙,将生成的碳酸钙过滤、洗涤、干燥,称量为n g,根据关系式2NaHCO3--CaCO3可求出纯碳酸氢钠的质量.
①操作Ⅱ中,加入氯化钙溶液会有白色沉淀生成,当氯化钙过量时,就不会再生成沉淀;
②从溶液里得到不溶性的固体碳酸钙可选择过滤,再进行洗涤、干燥;
③根据反应过程中碳原子守恒,利用生成碳酸钙的物质的量计算样品中碳酸氢钠的质量,再计算纯度.
解答 解:(1)①A装置为制取二氧化碳装置,反应的离子方程式为CaCO3+2H+=Ca2++CO2↑+H2O,需要选择石灰石和稀盐酸,故答案为:ac;
②B装置得用盛装的饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中的HCl,故答案为:除去CO2中的HCl;
③选择先通NH3,后通CO2,一是因为NH3的溶解度大,二是其水溶液显碱性能溶解更多的CO2,使溶液里HCO3-的浓度增大,故答案为:NH3;
④为防止氨气溶解时产物倒吸现象,E装置向C中通气的导管不能插入液面下,故答案为:防倒吸;
(2)测定C中所得晶体的碳酸氢钠的纯度(假设晶体中不含碳酸盐杂质),将晶体充分干燥后,称量质量为wg,此时为碳酸氢钠粗品质量,操作1将晶体加热到质量不再变化时,所得粉末为碳酸钠和杂质,然后溶解,加入氯化钙溶液,氯化钙跟碳酸钠反应生成碳酸钙,将生成的碳酸钙过滤、洗涤、干燥,称量为n g,所此作答;
①为判断滴加的氯化钙溶液过量,可在加入氯化钙溶液后,振荡、静置,取上层清液再加入少量氯化钙溶液看是否有沉淀生成,故答案为:A;
②利用过滤、洗涤、干燥可从混合液中得到不溶性的碳酸钙沉淀,故答案为:过滤;洗涤;干燥;
③反应的化学方程式为①2NaHCO3$\frac{\underline{\;加热\;}}{\;}$Na2CO3+CO2↑+H2O,②Na2CO3+CaCl2=CaCO3 ↓+H2O+2NaCl,得到的碳酸钙需要经过过滤、洗涤、干燥后方可称量.
设样品中碳酸氢钠的质量为x,由上两式可得关系式:
2NaHCO3--CaCO3
84×2 100
x n
$\frac{84×2}{x}=\frac{100}{n}$,x=$\frac{168n}{100}$ g,
碳酸氢钠的质量分数为$\frac{x}{w}$×100%=$\frac{\frac{168n}{100}}{w}$×100%=$\frac{168n}{w}%$,
故答案为:$\frac{168n}{w}%$.
点评 本题考查侯氏制碱法NH3+CO2+H2O+NaCl(饱和)═NaHCO3(晶体)+NH4Cl,明确各原料的制备方法及尾气处理是解题的关键.物质质量分数的计算,测定C中所得晶体的碳酸氢钠的质量,已知粗品的质量,求比值即可求得碳酸氢钠的质量分数.需要注意的是要区分m和w,易混淆.
A. | Fe3+>Cu2+>Fe2+ | B. | Cu2+>Fe3+>Fe2+ | C. | Fe3+>Fe2+>Cu2+ | D. | Fe2+>Cu2+>Fe3+ |