Question

18．某化学兴趣小组的同学们学习了纯碱的知识后，对著名的侯氏制碱法产生了浓厚的兴趣，巨鼎对侯氏制碱法进行深入的探究，请你一起参与他们的探究．
【查阅资料】
1、侯氏制碱法的原理：
第一步：向饱和食盐水中先通入过量氨气（溶液显碱性），再通入过量的二氧化碳，即可析出NaHCO₃固体，反应方程式是：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl
第二步：将第一步反应后所得的混合物进行过滤后，将滤渣加热，可生成纯碱，一种能使澄清石灰水变浑浊的气体和一种常见的氧化物．
2、已知20℃时有关物质的溶解度如下（气体指1体积水中能溶解的气体体积）

物质	NaCl	NaHCO3	NH4Cl	NH3	CO2
溶解度	36.0g	9.6g	37.2g	710	0.9

3、已知NH₄Cl 加热条件下易分解，反应的化学方程式是$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+HCl↑
【资料回顾】
（1）第一步中析出NaHCO₃固体的原因是：相同条件下，碳酸氢钠的溶解度比氯化钠和碳酸钠小．实验中先向饱和食盐水中通入过量氨气，再通入过量的二氧化碳，其原因是①（填序号）．
①使CO₂更容易被吸收  ②NH₃比CO₂更易制取  ③CO₂的密度比NH₃大
（2）写出第二步中将滤渣加热发生反应的化学方程式：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．（3）该工业同时可得副产物NH₄Cl，它在农业上可作氮肥，写出NH₄Cl与熟石灰固体加热的化学方程式：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
【定性探究】
第一步反应所得混合物在第二步过滤后所得滤液中溶质的成分是什么？
【做出猜想】猜想Ⅰ：NH₄Cl   猜想Ⅱ：NH₄Cl和 NaHCO₃
猜想Ⅲ：NH₄Cl 和NaCl   猜想Ⅳ：NH₄Cl、NaCl和NaHCO₃
【设计实验】

实验步骤	实验现象	实验结论
①取少量滤液于试管中，滴加稀盐酸	产生无色无味气体	说明滤液中含有的物质是NaHCO3
②另取少量滤液于试管中，滴加足量稀HNO3后，再滴加AgNO3溶液	产生白色沉淀	证明滤液中含有NaCl

【交流讨论】小明同学认为步骤②结论不正确，他的理由是：氯化铵能和硝酸银反应生成白色沉淀氯化银．
小张为证明滤液中是否含NaCl，设计了以下方案：另取少量滤液蒸干后充分灼烧，取灼烧后的残余固体溶于水，往其中滴加足量的稀HNO₃后，再滴加AgNO₃溶液，产生白色沉淀．
【得出结论】猜想Ⅳ成立．
【反思评价】小张设计的方案中将滤液蒸干后充分灼烧的目的是排除氯化铵的干扰，而氯化铵受热易分解，所以另取少量滤液蒸干后充分灼烧，滴加足量的稀HNO₃的作用是氯化银沉淀不溶于硝酸，往其中滴加稀HNO₃酸化，说明生成的白色沉淀是氯化银，则证明猜想氯化钠存在．
【定量探究】
实际生产中得到的纯碱样品中含有少量的NaCl，国际上规定纯碱的纯度（即纯碱的质量分数）≥98.0%为合格品，同学们想判断某纯碱样品是否合格，分成四个小组，各取25克该样品全部溶解于水中，向其中加入相同溶质质量分数的CaCl₂溶液，四组加入的CaCl₂溶液的质量与产生的沉淀的质量关系如表．

	第一组	第二组	第三组	第四组
CaCl2溶液的质量（克）	100	200	300	400
产生沉淀的质量（克）	8	16	20	20

（1）通过计算判断该纯碱样品是否是合格品？
（2）若要计算CaCl₂溶液的溶质质量分数，可以选择第一、二组数据计算．

Answer 1

分析 【资料回顾】
相同条件下，溶解度越小，越容易从溶液中析出；
显碱性的溶液更容易吸收二氧化碳；
碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳；
氯化铵和氢氧化钙在加热条件下反应生成氯化钙、水和氨气；
【定性探究】
析出碳酸氢钠固体后的溶液仍然是碳酸氢钠的饱和溶液；
【设计实验】
碳酸氢钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳；
【交流讨论】
银离子能和氯离子结合成白色沉淀氯化银；
【定量探究】
根据提供的数据和反应的化学方程式可以进行相关方面的计算和判断．

解答 解：【资料回顾】
（1）第一步中析出NaHCO₃固体的原因是相同条件下，碳酸氢钠的溶解度比氯化钠和碳酸钠小；
实验中先向饱和食盐水中通入过量氨气，再通入过量的二氧化碳，其原因是使CO₂更易被吸收．
故填：相同条件下，碳酸氢钠的溶解度比氯化钠和碳酸钠小；①．
（2）第二步中将滤渣加热时，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，发生反应的化学方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
故填：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（3）该工业同时可得副产物NH₄Cl中含有氮元素，它在农业上可作氮肥；
NH₄Cl与熟石灰固体加热的化学方程式为：2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
故填：氮；2NH₄Cl+Ca（OH）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CaCl₂+2H₂O+2NH₃↑．
【作出猜想】
猜想Ⅰ：NH₄Cl
猜想Ⅱ：NH₄Cl和NaHCO₃
猜想Ⅲ：NH₄Cl和NaCl
猜想Ⅳ：NH₄Cl、NaCl和NaHCO₃．
故填：NaHCO₃．
【设计实验】实验过程如下表所示：

实验步骤	实验现象	实验结论
①取少量滤液于试管中，滴加稀盐酸	产生无色无味气体	证明滤液中含有的物质是NaHCO3
②另取少量滤液于试管中，滴加足量稀HNO3后，再滴加AgNO3溶液	产生白色沉淀	证明滤液中含有NaCl

【交流讨论】
小明同学认为步骤②结论不正确，他的理由是氯化铵能和硝酸银反应生成白色沉淀氯化银．
故填：氯化铵能和硝酸银反应生成白色沉淀氯化银．
【得出结论】
另取少量滤液蒸干后充分灼烧，取灼烧后的残余固体溶于水，往其中滴加足量稀HNO₃后，再滴加AgNO₃溶液，产生白色沉淀，说明滤液中溶质的成分是NH₄Cl、NaCl和NaHCO₃，因此猜想Ⅳ成立．
故填：Ⅳ．
氯化铵也可以和硝酸银溶液反应生成氯化银沉淀，所以若验证氯化钠的存在必须排除氯化铵的干扰，而氯化铵受热易分解，所以另取少量滤液蒸干后充分灼烧，取灼烧后的残余固体溶于水，氯化银沉淀不溶于硝酸，往其中滴加稀HNO₃酸化，说明生成的白色沉淀是氯化银，则证明猜想氯化钠存在，
故填：氯化铵也可以和硝酸银溶液反应生成氯化银沉淀，所以若验证氯化钠的存在必须排除氯化铵的干扰，而氯化铵受热易分解，所以另取少量滤液蒸干后充分灼烧；氯化银沉淀不溶于硝酸，往其中滴加稀HNO₃酸化，说明生成的白色沉淀是氯化银，则证明猜想氯化钠存在．
【定量探究】
（1）设碳酸钠质量为x，
Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl，
106           100
 x             20g
$\frac{106}{x}=\frac{100}{20g}$，
x=21.2g，
该纯碱样品中碳酸钠质量分数为：$\frac{21.2g}{25g}$×100%=84.8%，
因此该纯碱样品不合格．
（2）若要计算CaCl₂溶液的溶质质量分数，可以选择第一、二组数据计算，这是因为一、二组中的氯化钙完全反应．
故填：一、二．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．