Question

2．纯碱是重要的化工原料，在医药、冶金、化工、食品等领域被广泛使用．
（1）工业生产纯碱的第一步是除去饱和食盐水的中Mg²⁺、Ca²⁺离子，从成本角度考虑加入试剂的化学式为Ca（OH）₂、Na₂CO₃．
某实验小组的同学模拟侯德榜制碱法制取纯碱，流程如图1：
已知：几种盐的溶解度

	NaCl	NH4HCO3	NaHCO3	NH4Cl
溶解度（20°C，100gH2O时）	36.0	21.7	9.6	37.2

（2）①写出装置I中反应的化学方程式NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl．
②从平衡移动角度解释该反应发生的原因在溶液中存在下述两种平衡NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，CO₂+H₂O?H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，OH^-与H⁺结合生成水，促进两平衡正向移动，使溶液中的NH₄⁺和HCO₃^-浓度均增大，由于NaHCO₃溶解度小，因此HCO₃^-与Na⁺结合生成NaHCO₃，固体析出使得反应发生．
③操作①的名称是过滤．
（3）写出装置II中发生反应的化学方程式2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．
（4）请结合化学用语说明装置III中加入磨细的食盐粉及NH₃的作用．在母液中含有大量的NH₄⁺和Cl^-，存在平衡NH₄Cl（s）?NH₄⁺+Cl^-，通入氨气增大NH₄⁺的浓度，加入磨细的食盐粉，增大Cl^-的浓度，使上述平衡逆向移动，促使氯化铵结晶析出
（5）该流程中可循环利用的物质是氯化钠和二氧化碳
（6）制出的纯碱中含有杂质NaCl，为测定其纯度，下列方案中不可行的是c．
a．向m克纯碱样品中加入足量CaCl₂溶液，测生成CaCO₃的质量
b．向m克纯碱样品中加入足量稀H₂SO₄，干燥后测生成气体的体积
c．向m克纯碱样品中加入足量AgNO₃溶液，测生成沉淀的质量．

Answer 1

分析 （1）工业上除去Mg²⁺用含有OH^-的可溶性碱、除去Ca²⁺用含有CO₃^2-的可溶性盐，且这两种试剂必须价格低廉；
（2）①NaCl、CO₂、NH₃、H₂O发生反应生成NaHCO₃和NH₄Cl；
②酸和碱反应生成盐和水而相互促进溶解，且NaCl的溶解度大于碳酸氢钠，溶解度大的物质向溶解度小的物质转化；
③分离沉淀和溶液采用过滤方法；
（3）受热条件下，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水；
（4）在母液中含有大量的NH₄⁺和Cl^-，氯化铵存在溶解平衡，增大离子浓度抑制其溶解；
（5）从母液中能分离出氯化钠，装置II中得到二氧化碳，装置I中需要二氧化碳和氯化钠；
（6）a．只有氯化钙能和碳酸钠反应生成碳酸钙，根据碳酸钙的量计算碳酸钠的量；
b．只有碳酸钠能和稀硫酸反应生成二氧化碳，根据二氧化碳的量计算碳酸钠的量；
c．碳酸根离子和氯离子都能和银离子反应生成白色沉淀．

解答 解：（1）工业上除去Mg²⁺用含有OH^-的可溶性碱、除去Ca²⁺用含有CO₃^2-的可溶性盐，且这两种试剂必须价格低廉，除去镁离子用氢氧化钙、除去钙离子用碳酸钠，
故答案为：Ca（OH）₂；Na₂CO₃；
（2）①NaCl、CO₂、NH₃、H₂O发生反应生成NaHCO₃和NH₄Cl，反应方程式为NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl，
故答案为：NaCl+CO₂+NH₃+H₂O=NaHCO₃+NH₄Cl；
②在溶液中存在下述两种平衡NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，CO₂+H₂O?H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，OH^-与H⁺结合生成水，促进两平衡正向移动，使溶液中的NH₄⁺和HCO₃^-浓度均增大，由于NaHCO₃溶解度小，因此HCO₃^-与Na⁺结合生成NaHCO₃，固体析出使得反应发生，
故答案为：在溶液中存在下述两种平衡NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，CO₂+H₂O?H₂CO₃?H⁺+HCO₃^-，OH^-与H⁺结合生成水，促进两平衡正向移动，使溶液中的NH₄⁺和HCO₃^-浓度均增大，由于NaHCO₃溶解度小，因此HCO₃^-与Na⁺结合生成NaHCO₃，固体析出使得反应发生；
③分离沉淀和溶液采用过滤方法，所以该操作名称是过滤，故答案为：过滤；
（3）受热条件下，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，反应方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（4）在母液中含有大量的NH₄⁺和Cl^-，氯化铵存在溶解平衡，增大离子浓度抑制其溶解，所以在母液中含有大量的NH₄⁺和Cl^-，存在平衡NH₄Cl（s）?NH₄⁺+Cl^-，通入氨气增大NH₄⁺的浓度，加入磨细的食盐粉，增大Cl^-的浓度，使上述平衡逆向移动，促使氯化铵结晶析出，
故答案为：在母液中含有大量的NH₄⁺和Cl^-，存在平衡NH₄Cl（s）?NH₄⁺+Cl^-，通入氨气增大NH₄⁺的浓度，加入磨细的食盐粉，增大Cl^-的浓度，使上述平衡逆向移动，促使氯化铵结晶析出；
（5）装置III中从母液中能分离出氯化钠，装置II中得到二氧化碳，装置I中需要二氧化碳和氯化钠，所以能循环利用的是氯化钠和二氧化碳，
故答案为：氯化钠和二氧化碳；
（6）a．只有氯化钙能和碳酸钠反应生成碳酸钙，根据碳酸钙的量计算碳酸钠的量，所以该方案可以，故a不选；
b．只有碳酸钠能和稀硫酸反应生成二氧化碳，根据二氧化碳的量计算碳酸钠的量，所以该方案可以，故b不选；
c．碳酸根离子和氯离子都能和银离子反应生成白色沉淀，无法计算碳酸钠的量，所以该方案不可以，故c选；
故选c．

点评 本题考查物质制备，为高频考点，涉及物质制备、物质分离提纯、实验方案设计评价等知识点，明确物质性质及物质制备原理是解本题关键，注意除杂剂的选取方法，题目难度不大．