题目内容

10.侯德榜为纯碱和氮肥工业的发展作出了杰出的贡献.下面是实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的实验装置.
第一步:连接好装置,检验气密性,在仪器内装入药品.
第二步:先让一装置发生反应,直到产生的气体不能再在D中溶解时,再通入另一装置中产生的气体,片刻后,D中出现固体.继续向D中通入两种气体,直到不再有固体产生.
第三步:过滤D中所得的混合物,得到NaHCO3固体.
第四步:向滤液中加入适量的NaCl粉末,有NH4Cl晶体析出.
(1)如图所示装置的连接顺序是:a接e;b接d;c接f.

(2)B中常选用的固体反应物为块状石灰石,C中应选用的液体为饱和NaHCO3溶液,请叙述A中产生气体的原理浓氨水存在以下平衡:NH3+H2O?NH3•H2O?NH4++OH-,浓氨水滴加到生石灰中,生石灰与水反应生成氢氧化钙不仅消耗水使氢氧根浓度增大,平衡逆向移动,而且反应放热,促进NH3•H2O的分解.
(3)第二步中必须先让A装置先发生反应.
(4)D中用球形干燥管而不用直导管,其作用是防倒吸.
(5)第四步中分离出NH4 Cl晶体的操作名称是过滤;其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3约占5%-8%),请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl.简要写出操作和现象:取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵.
(6)要检验第四步分离出NH4Cl晶体后的溶液中含有NH4+,请叙述检验方法:取少量分离出NH4Cl晶体后的溶液于试管中,加入浓氢氧化钠溶液(或加入氢氧化钠溶液,加热),用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验,若试纸变蓝,则证明溶液中有NH4+存在.

分析 (1)根据装置装置A制取NH3,B制取CO2,装置C除去二氧化碳中的HCl,氨气通入D中应防止倒吸,据此分析连接仪器装置;
(2)B装置是制备二氧化碳气体一般用碳酸钙和盐酸反应生成,二氧化碳气体中含有氯化氢气体,会影响碳酸氢钠的生成,D为装置除杂可以用饱和碳酸氢钠溶液;装置A用浓氨水滴加到生石灰中制取NH3,据此分析;
(3)氨气易溶于水,二氧化碳在水中的溶解度较小,制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水;
(4)D中用球形干燥管球形部分空间大,液面上升缓慢,起缓冲作用,所以不用直导管;
(5)分离氯化铵沉淀通常用过滤操作,氯化铵晶体中常含有少量的氯化钠和碳酸氢钠,实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵,是利用氯化铵的性质,受热生成氯化氢和氨气气体,在试管口处温度降低重新生成固体氯化铵分析判断;
(6)利用铵根与氢氧化钠加热生成氨气来检验.

解答 解:(1)NH3和CO2一起通到饱和氯化钠溶液中发生反应生成NaHCO3沉淀和氯化铵,装置A产生NH3,氨气通入D中应防止倒吸,则a接e,装置B产生CO2,装置C除去二氧化碳中的HCl,则b接d,c 接f,故答案为:e;d;c;f;
(2)B装置是制备二氧化碳气体的反应,所以固体为CaCO3用块状石灰石,生成的二氧化碳气体中含有氯化氢,若不除去碳酸氢钠难以形成,所以应用饱和碳酸氢钠溶液除去;装置A用浓氨水滴加到生石灰中制取NH3,原理为浓氨水存在以下平衡:NH3+H2O?NH3•H2O?NH4++OH-,浓氨水滴加到生石灰中,生石灰与水反应生成氢氧化钙不仅消耗水使氢氧根浓度增大,平衡逆向移动,而且反应放热,促进NH3•H2O的分解,所以生成氨气;
故答案为:块状石灰石;饱和NaHCO3溶液;浓氨水存在以下平衡:NH3+H2O?NH3•H2O?NH4++OH-,浓氨水滴加到生石灰中,生石灰与水反应生成氢氧化钙不仅消耗水使氢氧根浓度增大,平衡逆向移动,而且反应放热,促进NH3•H2O的分解;
(3)候氏制碱方法是利用氨气溶解性大极易溶解于水,二氧化碳气体水中溶解性较小,实验饱和食盐水中先通入氨气,再通入二氧化碳气体;实验操作过程中,应让A装置先发生反应,
故答案为:A;
(4)氨气极易溶于水,用直导管向饱和氯化钠溶液中通入氨气,容易发生倒吸,D中用球形干燥管球形部分液面上升慢起缓冲作用,可以防止倒吸,故答案为:防倒吸;
(5)第四步:向滤液中加入适量的NaCl粉末,有NH4Cl晶体析出,分离固体和液体用过滤的方法,步骤④中所得的氯化铵晶体中常含有少量的氯化钠和碳酸氢钠(约占5%~8%),设计简单的实验证明所得固体的成分大部分是氯化铵,是利用氯化铵的分解产物为气体,温度降低氨气和氯化氢气体会重新生成固体氯化氨,方法为:取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵;
故答案为:过滤;取少量样品于试管中,用酒精灯加热,看到试管上端有白烟生成(或试管口有白色晶体),最后剩余极少量的固体,从而证明所得固体的成分大部分是氯化铵;
(6)利用铵根与氢氧化钠加热生成氨气来检验,所以检验NH4+的方法为取少量分离出NH4Cl晶体后的溶液于试管中,加入浓氢氧化钠溶液(或加入氢氧化钠溶液,加热),用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验,若试纸变蓝,则证明溶液中有NH4+存在,故答案为:取少量分离出NH4Cl晶体后的溶液于试管中,加入浓氢氧化钠溶液(或加入氢氧化钠溶液,加热),用湿润的红色石蕊试纸在试管口检验,若试纸变蓝,则证明溶液中有NH4+存在.

点评 本题考查了实验制备碳酸氢钠的过程分析和装置作用判断,掌握候氏制碱的反应原理和反应特征是解题关键,熟练掌握工业制备流程和注意问题,能顺利解决问题,侧重于考查学生的实验探究能力,题目难度中等.

练习册系列答案
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5.(1)应用氨厂生产的氨气,侯德榜设计了侯氏制碱法,其生产流程如下:

①工业合成氨时,通常采用以铁为主的催化剂,在温度为℃和压强为400~500、10~30MPa的条件下合成.
②沉淀池中发生反应的化学方程式NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓.
③上述流程中可循环利用的物质为NH3、CO2(填化学式),副产品为NH4Cl(填化学式).
④与氨碱法生产纯碱比较,侯氏制碱法有什么优点?综合利用原料(氯化钠的利用率提高到了96%)、降低成本、减少环境污染.
(2)实验室制备纯碱(Na2CO3)的主要步骤为:将饱和NaCl溶液倒入烧杯加热,控制30-35℃,搅拌下分批加入研细的NH4HCO3固体,加料完毕,保温30分钟,静置、过滤得NaHCO3晶体.用少量蒸馏水洗涤除去杂质、抽干,转入蒸发皿中灼烧得Na2CO3固体.
四种盐在不同温度下的溶解度(g/100g水)表


温度
盐  溶解度
0℃10℃20℃30℃40℃50℃60℃100℃
NaCl35.735.836.036.336.637.037.339.8
NH4HCO311.915.821.027.0----
NaHCO36.98.19.611.112.714.516.4-
NH4Cl29.433.337.241.445.850.455.377.3
⑤反应温度需要控制在30-35℃,原因是温度高于35℃时碳酸氢铵受热分解剧烈,温度低于30℃又减慢了化学反应的速率;
为控制此温度范围,通常采取的加热方法为水浴加热.
⑥保温30分钟,静置后只析出NaHCO3晶体的原因相同温度下,碳酸氢钠的溶解度小.
19.用化学反应原理研究NH3的性质具有重要意义.请回答下列问题:
(1)已知:①4NH3(g)+3O2(g)=2N2(g)+6H2O(g)△H=-1266.8kJ•mol-1
②N2(g)+O2(g)=2NO(g)△H=+180.5kJ•mol-1
写出氨高温催化氧化的热化学方程式4NH3(g)+5O2(g)═4NO(g)+6H2O(g)△H=-905.8kJ•mol-1.
(2)氨气、空气可以构成燃料电池,则原电解质溶液显碱性(填“酸性”、“中性”或“碱性”),
负极的电极反应式为2NH3+6OH--6e-═N2+6H2O.
(3)在0.5L的密闭容器中,一定量的N2和H2发生反应:N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H=akJ/mol,其化学平衡常数K与温度的关系如下:
温度/oC200300400
K1.00.860.5
①由上表数据可知a<0 (填“>”、“<”或“=”).
②理论上,为了增大平衡时H2的转化率,可采取的措施是ad(填字母序号).
a.增大压强    b.使用合适的催化剂
c.升高温度    d.及时分离出产物中的NH3
③400oC时,测得某时刻氨气、氮气、氢气的物质的量分别为3mol、2mol、1mol,此时刻该反应的v正(N2)<v逆(N2)(填“>”、“<”或“=”).
(4)25oC时,将amol•L-1的氨水与0.1mol•L-1的盐酸等体积混合
①当溶液中离子浓度关系满足c(NH4+)>c(Cl-)时,反应的情况可能为a(填字母序号).
a.盐酸不足,氨水剩余 b.氨水与盐酸恰好完全反应 c.盐酸过量
②当溶液中c(NH4+)=c(Cl-)时,用含a的代数式表示NH3•H2O的电离常数Kb=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$.
20.工业以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱.有关反应的化学方程式为:NH3+CO2+H2O     NH4HCO3;   
NH4HCO3+NaCl  NaHCO3↓+NH4Cl;2NaHCO3$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na2CO3+CO2↑+H2O 
(1)碳酸氢铵与饱和食盐水反应,能析出碳酸氢钠晶体的原因是C(填字母标号).
a.碳酸氢钠难溶于水             
b.碳酸氢钠受热易分解
c.碳酸氢钠的溶解度相对较小,所以在溶液中首先结晶析出
d.碳酸氢钠的稳定性大于碳酸钠
(2)某活动小组根据上述制碱原理,进行碳酸氢钠的制备实验.
①一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠,实验装置如下图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出).
试回答下列有关问题:
(Ⅰ)乙装置中的试剂是饱和的碳酸氢钠溶液,其作用是除去CO2中的HCl气体;

(Ⅱ)丁装置中稀硫酸的作用是吸收未反应完的NH3;
(Ⅲ)实验结束后,分离出NaHCO3 晶体的操作是过滤(填分离操作的名称),该操作所需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒
②另一位同学用图中戊装置(其它装置未画出)进行实验.
(Ⅰ)实验时,须先从a管通入氨气气体,说明原因二氧化碳的溶解度较小,氨气易溶于水,能生成更多的碳酸氢铵
(Ⅱ)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,理由是增大气体与溶液接触面积,提高CO2的吸收率
(3)碳酸氢钠受热所得固体12.28g与足量的石灰水充分反应,所得沉淀经洗涤、干燥质量为12.00g,则所得固体中碳酸钠的质量分数为86.3%.
(4)请你再设计出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法:用碳酸氢铵与适量饱和食盐水反应(或往烧碱溶液中通入过量CO2;往饱和Na2CO3溶液中通入过量CO2等).

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