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.
| 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 |
| 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 |
| A. | 1:3 | B. | 1:5 | C. | 5:1 | D. | 3:1 |
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℃ |
| NaCl | 35.7 | 35.8 | 36.0 | 36.3 | 36.6 | 37.0 | 37.3 | 39.8 |
| NH4HCO3 | 11.9 | 15.8 | 21.0 | 27.0 | - | - | - | - |
| NaHCO3 | 6.9 | 8.1 | 9.6 | 11.1 | 12.7 | 14.5 | 16.4 | - |
| NH4Cl | 29.4 | 33.3 | 37.2 | 41.4 | 45.8 | 50.4 | 55.3 | 77.3 |
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.
| 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 |
(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/oC | 200 | 300 | 400 |
| K | 1.0 | 0.86 | 0.5 |
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=$\frac{1{0}^{-8}}{a-0.1}$.