Question

1942年，我国化工专家侯德榜以NaCl、NH₃、CO₂等为原料先制得NaHCO₃，进而生产出纯碱，他的“侯氏制碱法”为世界制碱工业做出了突出贡献．有关反应的化学方程式如下：
NH₃+CO₂+H₂O═NH₄HCO₃；NH₄HCO₃+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl；2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（1）“侯氏制碱法”把合成氨和纯碱两种产品联合生产，在N₂+3H₂?2NH₃的平衡体系中，当分离出NH₃时，下列说法中正确的是

 

．
A．正反应速率增大                  B．平衡向逆反应方向移动
C．正反应速率大于逆反应速率         D．逆反应速率先变小后变大
在一定条件下，1mol N₂和3mol H₂混合后反应，达到平衡时测得平衡混合物的密度是同温同压下氢气的5倍，则氮气的转化率是

 

．若在同一个容器中，在相同的温度下，向容器中只充入NH₃，为使达到平衡时各成分的百分含量与上述平衡时相同，则起始时充入的NH₃的物质的量为

 

．
（2）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

 

（3）某探究活动小组根据上述制碱原理，欲制备碳酸氢钠，同学们按各自设计的方案进行实验．第一位同学：将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）．

请回答：
①写出甲中发生反应的离子方程式

 

．
②乙装置中的试剂是

 

．
③实验结束后，分离出NaHCO₃晶体的操作是

 

（填分离操作的名称）．
（4）第二位同学：用图中戊装置进行实验（其它装置未画出）．为提高二氧化碳在此反应溶液中被吸收的程度，实验时，须先从管

 

（填a或b）通入气体．

Answer 1

考点：化学平衡的调控作用,钠的重要化合物,制备实验方案的设计

专题：实验设计题,化学平衡专题

分析：（1）氨气为生成物，分离出氨气，生成物浓度减小，逆反应速率减小，导致正反应速率大于逆反应速率，平衡向着正向移动；设氮气的转化率为x，根据化学平衡的“三段式”结合题中数据列式计算出氮气的转化率；两个反应为等效平衡，根据等效平衡知识计算出需要氨气的物质的量；
（2）相同条件下，溶解度越小优先析出，依据氯化铵与碳酸氢钠的溶解度相对较小进行分析；
（3）①装置甲中碳酸钙与盐酸反应生成氯化钙、二氧化碳和水，据此写出反应的化学方程式；
②依据用盐酸制取二氧化碳时常会含有氯化氢气体分析即可解答；
③依据分离固体与液体采用的实验操作分析解答；
（4）根据氨气易溶于水，判断通入氨气的导管不能插入溶液中，再根据二氧化碳的溶解度较小，为了提高二氧化碳的利用率，应该先通入氨气进行解答．

解答： 解：（1）A．正反应速率增大：由于减小了生成物，正反应速率瞬间不变，之后正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，直至达到新的平衡，所以正反应速率不会增大，故A错误；                  
B．平衡向逆反应方向移动：减小了反应物浓度，平衡向着正向移动，故B错误；
C．正反应速率大于逆反应速率：由于减小了生成物，逆反应速率减小，正反应速率不变，则正反应速率大于逆反应速率，平衡向着正向移动，故C正确；         
D．逆反应速率先变小后变大：减小了生成物，逆反应速率迅速减小，正反应速率不变，所以平衡向着正向移动，随着反应的进行，正反应速率逐渐减小，逆反应速率逐渐增大，所以逆反应速率先减小后增大，故D正确；
达到平衡时测得平衡混合物的密度是同温同压下氢气的5倍，混合气体的平均摩尔质量为：2g/mol×5=10g/mol，
合成氨的反应方程式为：N₂ +3H₂ ?2NH₃，
反应前物质的量（mol）：1   3     2
反应过程中：（mol）   x   3x    2x
平衡时（mol）       1-x  3-3x    2x
达到平衡时混合气体的平均摩尔质量为：

(1-x)×28+(3-3x)×2+17×2x

(1-x)+(3-3x)+2x

g/mol=10g/mol，解得：x=30%；
若在同一个容器中，在相同的温度下，向容器中只充入NH₃，达到平衡时各成分的百分含量与上述平衡时相同，则两个反应为等效平衡，1mol氮气、2mol氢气按照化学计量数转化成生成物为2mol氨气，所以起始时充入的NH₃的物质的量为2mol，
故答案为：CD；30%；2mol；
（2）碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说碳酸氢钠的溶解度更小一些，所以在溶液中首先结晶析出，
故答案为：碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出；
（3）①装置甲发生的反应方程式为：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，
故答案为：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；
②利用盐酸制取二氧化碳时，因盐酸易挥发，所以二氧化碳中常会含有氯化氢气体，碳酸氢钠能与盐酸反应不与二氧化碳反应，所以通过碳酸氢钠的溶液是可以除掉二氧化碳气体中的氯化氢气体，
故答案为：饱和碳酸氢钠溶液；
③分离出NaHCO₃晶体的操作是分离固体与液体，常采用的实验操作是过滤操作，
故答案为：过滤；
（4）制取碳酸氢钠时先要得到含氨的饱和食盐水，氨气极易溶于水，通入氨气的导管不能直接插入溶液中，所以导管a通入氨气，导管b通入二氧化碳；由于二氧化碳在水中溶解度减小，为了保证了从b通入二氧化碳时二氧化碳被充分反应，应该先通入氨气，再通入二氧化碳，
故答案为：a；NH₃（氨）．

点评：本题考查了化学平衡的影响及计算、化学实验方案的设计等知识，题目难度较大，试题题量较大，涉及的知识点较多，充分考查学生对所学知识的掌握情况，注意掌握化学平衡的影响因素，（1）为本题的难点，注意根据混合气体的平均摩尔质量计算氮气转化率的方法．