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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3．下列关于分散系的叙述不正确的是（　　）
A．分散系的分类：
B．用平行光照射FeCl3溶液和Fe（OH）3胶体，可以加以区分
C．如图显示的是树林的晨曦，该现象与丁达尔效应有关
D．在Fe（OH）3胶体中加入过量硫酸后会出现红褐色沉淀
4．分类学习是化学学习的重要思想方法，下列各组物质的分类错误的是（　　）
A．单质--铝 石墨 氮气
B．混合物--空气 粗盐 牛奶
C．碱--烧碱 纯碱 熟石灰
D．氧化物--氧化铜 二氧化锰 二氧化碳
1．蔗糖3.42g与淀粉3.24g混合并完全水解，若生成mg葡萄糖和ng果糖，则m：n为（　　）
A．1：3B．1：5C．5：1D．3：1
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．
15．“索尔维制碱法”工艺流程如图所示，请回答下列问题：
（1）合成氨工业生产中所用的α-Fe催化剂的主要成分是FeO和Fe2O3，若某α-Fe催化剂中FeO和Fe2O3的物质的量相等，则其中Fe2+与Fe3+的物质的量之比为1：2；
（2）向饱和NaCl溶液中先通入NH3气体，效果更好．反应制得NaHCO3沉淀和NH4Cl溶液的化学程式为NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl
（3）索尔维制碱法除了得到纯碱外，还会产生一种废渣CaCl2．侯氏制碱法在此工业上改进，不再使用CaCO3制备CO2，而是在制备NH3的过程中制得CO2，则侯氏制碱法在得到纯碱的同时还制得了NH4Cl，此物质在农业上的用途是作氮肥．
2．在t℃时AgBr在水中的沉淀溶解平衡曲线如图所示．t℃时AgCl的Ksp=4×10-10，下列说法不正确的是（　　）
A．在t℃时，AgBr的Ksp为4.9×10-13
B．在t℃时，AgCl（s）+Br-（aq）═AgBr（s）+Cl-（aq）的平衡常数 K≈816
C．图中a点对应的是AgBr的不饱和溶液
D．在AgBr饱和溶液中加入NaBr固体，可使溶液由c点变到b点
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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