Question

11．碳酸钠俗称纯碱，在日常生产和生活中有着广泛的应用．某化学兴趣小组想根据所学知识模拟制备碳酸钠，方法如下：先以NaCl、NH₃、CO₂和水等为原料以及如图所示装置制取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）装置乙的作用是除去HCl．为防止污染空气，尾气中含有的NH₃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过滤、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样品的组成进行了以下探究．
取加热了t₁min的NaHCO₃样品19g完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中不断滴加1mol•L^-1的稀盐酸直到不再产生气泡，共消耗300ml稀盐酸．问该样品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比是1：1．

Answer 1

分析 实验中，稀盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳，反应方程式为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；盐酸具有挥发性，所以生成的二氧化碳中含有HCl，HCl极易溶于水，所以用水洗气；将较纯净的二氧化碳通入含氨的饱和食盐水中，发生的反应为NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，尾气中含有氨气，对环境产生污染，所以尾气要进行处理，
（1）HCl极易溶于水生成稀盐酸，二氧化碳能溶于水，但不易溶于稀盐酸中；氨气有刺激性气味，污染空气；
（2）将得到的碳酸氢钠过滤、洗涤得到较干净的碳酸氢钠，然后灼烧碳酸氢钠得到碳酸钠；
（3）根据固体质量、消耗盐酸物质的量列方程组计算二者物质的量之比．

解答 解：实验中，稀盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳，反应方程式为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑；盐酸具有挥发性，所以生成的二氧化碳中含有HCl，HCl极易溶于水，所以用水洗气；将较纯净的二氧化碳通入含氨的饱和食盐水中，发生的反应为NH₃+CO₂+H₂O+NaCl=NaHCO₃↓+NH₄Cl，尾气中含有氨气，对环境产生污染，所以尾气要进行处理．
（1）HCl极易溶于水生成稀盐酸，碳酸酸性小于盐酸，虽然二氧化碳能溶于水，但不易溶于稀盐酸中；氨气有刺激性气味，污染空气，尾气中含有氨气，所以尾气要进行处理，
故答案为：除去HCl；NH₃；
（2）将得到的碳酸氢钠过滤、洗涤得到较干净的碳酸氢钠，碳酸氢钠不稳定，灼烧碳酸氢钠得到碳酸钠，反应方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案为：过滤；洗涤；灼烧；
（3）设NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量分别是xmol、ymol，碳酸氢钠、碳酸钠分别需要盐酸物质的量为xmol、2ymol，列方程组为：$\left\{\begin{array}{l}{84x+106y=19}\\{x+2y=0.3}\end{array}\right.$，
解得：$\left\{\begin{array}{l}{x=0.1}\\{y=0.1}\end{array}\right.$，
则NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比=0.1mol：0.1mol=1：1，
故答案为：1：1．

点评 本题考查制备实验方案设计，为高频考点，题目难度中等，试题综合性较强，涉及溶液配制、根据方程式计算、基本操作、除杂等知识点，明确实验原理、基本操作方法、物质性质即可解答，试题培养了学生的化学实验能力．