Question

17．工业生产纯碱的工艺流程示意图1如下：

完成下列填空：
（1）在生产纯碱的工艺流程中需通入NH₃和CO₂．如图所示A-E为实验室常见的仪器装置（部分固定夹持装置略去），请根据要求回答问题．
①实验室若用NH₄Cl和熟石灰做试剂来制取、收集干燥的NH₃，则需选用上述仪器装置中的BDE（填装置序号）．若要制取、收集干燥的CO₂，请选择装置并按气流方向连接各仪器接口acdg．
②若在A的分液漏斗内改加浓氨水，圆底烧瓶内加NaOH固体，也能制取氨气，请解释装置A中能产生氨气的原因NaOH溶于水放出大量的热，可促进氨气的挥发，另外氨水溶液呈碱性，为弱电解质，加入氢氧化钠电离出的OH^-增大了氨水中OH^-浓度，促使氨水电离平衡左移，导致氨气放出．
③若实验过程中有氨气逸出，应选用下列c装置吸收（填代号）
（2）粗盐水（主要含有Ca²⁺、Mg²⁺杂质离子）加入沉淀剂A、B除杂质（沉淀剂A来源于石灰窑厂），写出A、B的化学式．ACa（OH）₂ 或者CaO　BNa₂CO₃．
（3）工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是有晶体析出．碳酸化时没有析出碳酸钠晶体，其原因是碳酸钠溶解度大于碳酸氢钠．
（4）工业生产纯碱的工艺流程中氨气是循环使用的，为此，滤液D加入石灰水产生氨气．写出该反应的离子方程式为：NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O．
（5）产品纯碱中含有碳酸氢钠．请你设计实验测定纯碱中碳酸氢钠的质量分数．简述实验过程．

Answer 1

分析 （1）①根据反应物的状态、反应条件选取反应装置，根据气体的溶解性、密度选择收集装置；若要制取、收集干燥的CO₂，应选择A发生装置，用C干燥二氧化碳，用E装置收集气体，按照制取、除杂、收集的顺序连接实验装置；
②NaOH溶于水放出大量的热，且氢氧化钠溶液中含有大量氢氧根离子，能够抑制一水合氨的电离，促进氨气的挥发；
③氨气极易溶于水，应采取防止倒吸的方法吸收；
（2）根据题意A源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰来分析；除去过量的钙离子应选择碳酸钠；
（3）根据碳酸钠和碳酸氢钠的性质和溶解度解答；
（4）铵盐能与碱在加热条件下反应生成氨气；
（5）碳酸氢钠受热易分解生成碳酸钠和水、二氧化碳，依据碳酸氢钠的不稳定性设计实验．

解答 解：（1）①实验室制取氨气反应物状态氯化铵、氢氧化钙都是固体，反应条件加热，采用固体、固体加热型装置，所以应选B为反应装置；生成物中含有水，氨气属于碱性气体，所以应选择碱性物质吸收水蒸气，故选D；氨气极易溶于水，且氨气的密度小于空气的密度，所以应采用向下排空气法收集，故选E；
制取、收集干燥的CO₂，应选择A发生装置，用C干燥二氧化碳，用E装置收集气体，所以连接顺序为：acdg；
故答案为：BDE；acdg；
②NaOH溶于水放出大量的热，可促进氨气的挥发，另外氨水溶液呈碱性，为弱电解质，加入氢氧化钠电离出的OH^-增大了氨水中OH^-浓度，促使氨水电离平衡左移，导致氨气放出；
故答案为：NaOH溶于水放出大量的热，可促进氨气的挥发，另外氨水溶液呈碱性，为弱电解质，加入氢氧化钠电离出的OH^-增大了氨水中OH^-浓度，促使氨水电离平衡左移，导致氨气放出；
③氨气极易溶于水，所以尾气处理应采用防止倒吸装置，用水吸收即可，应选择c，故选：c；
（2）粗盐水中含有Mg²⁺、Ca²⁺，用Ca（OH）₂或CaO将Mg²⁺转化为Mg（OH）₂，再用Na₂CO₃将Ca²⁺转化为CaCO₃沉淀，
故答案为：Ca（OH）₂ 或者CaO；Na₂CO₃；
（3）由于溶液中存在氨气，氯化钠，当通入二氧化碳后，碳酸化后发生反应的化学方程式是NH₃+CO₂+H₂O+NaCl→NH₄Cl+NaHCO₃↓，有晶体析出；相同温度下，碳酸氢钠的溶解性小于碳酸钠，所以固体先以碳酸氢钠形式析出；
故答案为：有晶体析出；碳酸钠溶解度大于碳酸氢钠；
（4）滤液中主要含有的是氯化铵，其和石灰水反应时：NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O，故答案为：NH₄⁺+OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NH₃↑+H₂O；
（5）碳酸氢钠不稳定，受热易分解生成碳酸钠和水、二氧化碳，称取一定质量的固体样品，加热到恒重后冷却，称量剩余固体的质量，计算出碳酸氢钠的质量分数；
答：称取一定质量的固体样品，加热到恒重后冷却，称量剩余固体的质量，计算出碳酸氢钠的质量分数．

点评 本题为工艺流程题，考查了物质的制备、提纯、实验的操作等，题目难度中等，熟悉反应原理和各种物质的性质是解题关键，侧重考查学生分析问题解决问题能力．