Question

7．纯碱是重要化工原料
Ⅰ．制备纯碱
实验室模拟侯氏制碱法的主要过程如下：
①20℃时，向浓氨水中通入足量的二氧化碳得到NH₄HCO₃、饱和溶液；
②向步骤①饱和溶液中加入食盐细粒，并不断搅拌，直到NaHCO₃结晶析出完毕；
③过滤，洗涤晶体，然后将晶体充分加热，得到Na₂CO₃，同时生成的CO₂可以循环利用；
④向③的滤液中加入食盐细粒，析出NH₄Cl晶体，过滤，得到NH₄Cl．
（1）步骤②加入食盐后，会析出NaHCO₃固体的原因是相同温度下，NaHCO₃溶解度小
（2）请写出步骤③的化学方程式：2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（3）步骤③洗涤过滤所得晶体的原因是NaHCO₃表面有氯化铵溶液．
（4）请设计实验证明NH₄Cl是铵态氮肥：

实验步骤	实验现象	实验结论

Ⅱ．测定纯碱含量
测得纯碱中常含有少量氯化钠，现用如图所示装置来测定纯碱样品中碳酸钠的质量分数（铁架台、铁夹等固定用装置已略去）．
实验步骤如下：
①按图连接装置，并检查气密性；
②准确称得盛有碱石灰（固体氢氧化钠和生石灰的混合物）的干燥管D的质量为83.4g；
③准确称得6.0g纯碱样品放入装置B的广口瓶中；
④打开装置B的分液漏斗旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；
⑤打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6g．
试回答：
（5）鼓入空气的目的是使B中产生的二氧化碳全部进入D中，装置A中试剂X最适宜选用碱性溶液．
（6）若没有C装置，则会导致测定结果偏大（填“偏大”或“偏小”）．
（7）E装置的作用是防止空气中CO₂和水蒸气进入D中．
（8）请根据实验中测得的有关数据，纯碱样品中碳酸钠的质量分数为88.3%（结果保留一位小数 ）．

Answer 1

分析 （1）根据NaHCO₃固体的溶解度分析；
（2）根据③中晶体是NaHCO₃以及它的分解写化学方程式；
（3）根据过滤所得晶体表面有其他溶液解答；
纯碱是重要化工原料；
（4）根据氮肥的简易鉴别方法：往氮肥中加入碱，有氨味的是含有氨的氮肥，无氨味的是尿素进行分析解答本题．
（5）根据装置的特点及实验目的，分析鼓入空气这一操作的目的；根据实验目的来分析装置A中碱液的作用；
（6）评价装置C对测定结果的影响；
（7）可以根据空气中的成分来分析装置E在整个装置中所起到的作用；
（8）分析实验前后装置D质量变化，并由此质量差计算样品中碳酸钠的质量，求出样品中碳酸钠的质量分数；

解答 解：（1）相同温度下NaHCO₃固体的溶解度更小；
（2）NaHCO₃分解的化学方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（3）步骤③洗涤过滤所得晶体的原因NaHCO₃表面有氯化铵溶液；
（4）根据氮肥的简易鉴别方法：往NH₄Cl中加入碱，有氨味的是铵态氮肥，
如果溶液中产生气泡（或产生白色沉淀）则说明该化肥是K₂CO₃，否则不是K₂CO₃；
（5）为了减小实验误差而采取了鼓入空气的方法，把残留在装置B中二氧化碳全部由D中碱石灰吸收，实验结果更准确；
由题意可知我们是通过测定二氧化碳的质量来测定碳酸钠的质量分数的，所以要排除空气中的二氧化碳干扰实验结果，而在A中装了碱性溶液来吸收空气中的二氧化碳；
（6）浓硫酸具有吸水性，在C装置中吸收由B装置排出气体中混有的水蒸气，若少了此装置则会使气体中的水蒸气被D装置中碱石灰吸收，而使测定质量偏大；
（7）如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的水蒸气和二氧化碳会进入D装置而对测定结果产生影响，所以装置E的作用则是防止空气中水蒸气和二氧化碳进入装置D中；
（8）（5）反应中放出二氧化碳气体的质量=85.6g-83.4g=2.2g
设放出2.2g二氧化碳消耗碳酸钠的质量为x
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                     44
x                      2.2g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{2.2g}$，解得   x=5.3g
纯碱样品Na₂CO₃的质量分数$\frac{5.3g}{6g}$×100%=88.3%
故答案为：（1）相同温度下，NaHCO₃溶解度小；（2）2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；（3）NaHCO₃表面有氯化铵溶液；
（4）

取样，溶解，加入适量的氢氧化钠溶液

有刺激性氨味

是铵态氮肥

（5）使B中产生的二氧化碳全部进入D中；碱性溶液；
（6）偏大；
（7）防止空气中CO₂和水蒸气进入D中；
（8）88.3%．

点评 本题考查了侯氏制碱法的基本流程、反应的方程式、反应条件的控制、原料的循环利用，将化学反应方程式转化为离子反应方程式时注意碳酸氢钠不要写成离子的形式，制碱方法的两种常见方法为侯氏制碱法和索氏制碱法，反应的方程式和工艺流程等方面为常考查的热点．