Question

1．某制碱厂以海水为主要原料生产纯碱（碳酸钠）和其他副产品．
（一）将海水进行处理后获得精盐水．海水中，除氯化钠外，还含有氯化镁、氯化钙、硫酸钠等杂质．其处理的主要流程如下：

（1）加入氢氧化钠溶液的目的是除去海水中的氯化镁．
（2）操作Ⅰ的名称是过滤
（3）操作Ⅰ所得的沉淀是混合物，其成分有：BaSO₄、Mg（OH）₂、CaCO₃、BaCO₃（填化学式）．
（4）向滤液中滴加适量稀盐酸目的是除去滤液中的NaOH和Na₂CO₃．
（二）将精盐水制成饱和溶液，先向其中通入足量的氨气，再向其中通入足量的二氧化碳至有大量晶体（碳酸氢钠，NaHCO₃）析出，反应的化学方程式为NaCl+NH₃+CO₂+H₂O═NH₄Cl+NaHCO₃↓；将晶体转移出来后，加热至不再有气体产生，所得固体即为纯碱．
（1）加热晶体碳酸氢钠获得纯碱的化学方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（2）称取一定质量的纯碱样品，经多次充分加热后，再称重，质量无变化；另取少量纯碱样品加入适量水，样品完全溶解，向该溶液中加入过量稀HNO₃，再滴加AgNO₃溶液，有白色沉淀，根据上述实验可确定纯碱样品含有杂质NaCl（写化学式）．
（三）为测定上述方法获得的纯碱产品中碳酸钠的纯度．某研究性学习小组对纯碱产品进行检测．取22克该样品于烧杯中，加水将其溶解，然后逐滴加入溶质质量分数为14.6%的稀盐酸并不断振荡．通过查阅资料得知，在滴加盐酸过程中首先发生的反应是：Na₂CO₃+HCl═NaHCO₃+NaCl；然后发生的反应是：NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑，在上述过程中烧杯中溶液质量与加入稀盐酸质量的关系如图甲所示：

（1）某同学认为，在上述纯碱含量测定过程中，用玻璃棒不断搅拌，能使测定误差减小，其理由是促使纯碱与盐酸充分反应，同时有利于二氧化碳的散逸．
（2）请你根据图甲提供的信息，在图乙的坐标系中画出检测过程中产生CO₂的质量随滴加盐酸质量的变化曲线．（标明二氧化碳质量的相应数值）
（3）计算该样品中纯碱的质量分数（写出计算过程）．

Answer 1

分析 （一）根据除杂的原则，利用复分解反应将杂质离子镁离子、钙离子、硫酸根离子和新增的钡离子一一转化成沉淀除去，经过滤后再利用稀盐酸 将过量的氢氧化钠和碳酸钠除去；
（二）（1）由碳酸氢钠加热反应制取碳酸钠的同时生成水和二氧化碳，写化学方程式；
（2）欲知纯碱样品含有的杂质，可用反向思维方法，先确定白色沉淀，再推断杂质是什么；
（三）（1）从题意用玻璃棒搅拌能减小实验误差来分析；
（2）计算出开始产生二氧化碳的点和不再产生二氧化碳的点即可绘得变化的曲线；
（3）要计算碳酸钠的质量分数，需要求得碳酸钠的质量．

解答 解：（1）海水中存在的杂质离子有硫酸根离子、镁离子和钙离子，可通过加入氯化钡、氢氧化钠和碳酸钠逐一转化成沉淀除去，故加氢氧化钠的目的是：除去海水中的氯化镁；
故答案是：除去海水中的氯化镁；
（2）根据操作Ⅰ后的物质分类（沉淀和滤液）知，该步骤的名称为：过滤；
故答案是：过滤；
（3）因硫酸根离子与钡离子会生成硫酸钡沉淀，镁离子与氢氧根离子生成氢氧化镁沉淀，钙离子与碳酸根离子生成碳酸钙沉淀，又因碳酸钠还能与过量的除杂试剂氯化钡反应生成硫酸钡沉淀，故过滤后的沉淀物有：硫酸钡、氢氧化镁、碳酸钙和硫酸钡；
故答案是：CaCO₃、BaCO₃
（4）加稀盐酸的目的是除去过量的试剂氢氧化钠和碳酸钠以得到精盐水；
故答案是：除去滤液中的NaOH和Na₂CO₃
（二）（1）碳酸氢钠受热后分解为碳酸钠、水和二氧化碳，其反应方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
故答案是：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）由题意可知，滴加AgNO3溶液，有白色沉淀，此沉淀即AgCl，所以反应物中一定有氯离子，并且样品完全溶于水，由此可以推断纯碱样品含有杂质NaCl；
故答案为：NaCl；
 （三）（1）从用玻璃棒搅拌能减小实验误差的角度看，应该是促使纯碱与盐酸充分反应，同时有利于二氧化碳的逸散．
故答案是：促使纯碱与盐酸充分反应，同时有利于二氧化碳的散逸；       
（2）据图甲可以看出，当加入盐酸的量为50g时开始产生二氧化碳，当加入盐酸的量为100g时不再生成二氧化碳，设产生二氧化碳的质量为x，则有
NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑．
       36.5         44
      50g×14.6%    x
   36.5：50g×14.6%=44：x               
解得，x=8.8g
所以本题答案为：

（3）根据题意可以看出，与碳酸钠反应的盐酸共有100g，设碳酸钠的质量为y，则有
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106    73
y     100g×14.6%
$\frac{106}{y}=\frac{73}{100g×14.6%}$
解得，y=21.2g，
所以该样品中纯碱的质量分数为：$\frac{21.2g}{22g}$×100%=96.4%
答：该样品中纯碱的质量分数96.4%．

点评 弄清图甲曲线中各个转折点的意义是解答本题的关键，由反应过程的详细情况合理地分析出曲线上点的含义，从而来理解出在滴入的稀盐酸的质量为50g时才产生二氧化碳气体，原来的盐酸是参与了Na₂CO₃+HCl═NaHCO₃+NaCl反应，当滴入的盐酸质量为100g时，产生二氧化碳气体的量最多，也即完全反应，根据化学反应计算出CO₂的质量为8.8g，从而画出图象；本题运用结合图象解决问题难度较大，要求学生的基本功很扎实．