Question

2．纯碱（Na₂CO₃）在生产生活中具有广泛的用途．以下是实验室模拟侯氏制碱原理制取Na₂CO₃的流程图．

已知：向饱和食盐水中通入NH₃、CO₂后发生的反应为NH₃+H₂O+CO₂+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl，请回答以下问题：
（1）粗盐中含有的杂质离子有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等．精制除杂的步骤顺序是acdeb（填编号）；
a．粗盐溶解，滤去沉渣b．加入盐酸调pHc．加入Ba（OH）₂溶液
d．加入Na₂CO₃溶液e．过滤
（2）灼烧固体A制Na₂CO₃在坩埚（填仪器名称）中进行．证明滤液A中含有NH₄⁺的方法是取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺；对滤液A进行重结晶能够获得NH₄HCO₃，NH₄HCO₃是一种常用的溶液pH调节剂．向pH=13含Na⁺、K⁺的溶液中加入少量NH₄HCO₃使pH降低，反应的离子方程式为NH₄⁺+HCO₃^-+2OH^-=NH₃•H₂O+CO₃^2-+H₂O．
（3）如图装置中用于制备CO₂的是BC（填编号）；用B示意的装置制备NH₃，分液漏斗中盛放的试剂是浓氨水，烧瓶内可加入的固体试剂是碱石灰或生石灰．

（4）一种天然碱晶体成分是aNa₂CO₃•bNa₂SO₄•cH₂O，请从提供的试剂中选择必要的试剂设计简单实验方案测定Na₂CO₃的质量分数．（仪器自选）用天平称取一定质量的晶体样品，加入足量稀硫酸并微热，产生的气体通过足量的澄清石灰水，过滤，洗涤，干燥，称量沉淀并计算．
供选择的试剂：2mol•L^-1盐酸、0.5mol•L^-1CaCl₂溶液、稀氨水、碱石灰、澄清石灰水（足量）、1mol•L^-1H₂SO₄溶液．

Answer 1

分析 （1）根据SO₄^2-、Ca ²⁺、Mg²⁺等易转化为沉淀而被除去，以及根据不能产生新杂质的要求排序，前面加入的过量溶液应用后加入的溶液除去，最后加入适量的溶液；
（2）根据固体在坩埚加热分解；
根据NH₄⁺的检验方法：取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺；
NH₄⁺和HCO₃^-都能与氢氧根离子反应；
（3）实验室制取二氧化碳的反应原理和条件；根据在浓氨水中加碱石灰或生石灰，因为氨水中存在下列平衡：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-加入碱石灰或生石灰溶于水产生氢氧根离子平衡左移，同时放出大量的热促进氨水的挥发，制得氨气；
（4）根据实验的原理：先称取一定量的天然碱晶体并溶解得到水溶液，将碳酸根全部转换成二氧化碳，利用二氧化碳和澄清石灰水产生沉淀，通过沉淀的质量求出二氧化碳的物质的量、Na₂CO₃的物质的量和质量，最终求出Na₂CO₃的质量分数．

解答 解：（1）SO₄^2-、Ca²⁺、Mg²⁺等分别与Ba（OH）₂溶液、Na₂CO₃溶液、Ba（OH）₂溶液反应生成沉淀，可再通过过滤除去，Na₂CO₃溶液能除去过量的Ba（OH）₂溶液，盐酸能除去过量的Na₂CO₃溶液和NaOH溶液，所以应先加Ba（OH）₂溶液再加Na₂CO₃溶液，过滤，最后加入盐酸，故答案为：acdeb；
（2）灼烧固体碳酸氢钠制Na₂CO₃，在坩埚加热分解，取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺，NH₄⁺和HCO₃^-都能与氢氧化钠反应：NH₄⁺+HCO₃^-+2OH^-=NH₃•H₂O+CO₃^2-+H₂O；
故答案为：坩埚；取少量滤液A于试管中，加入足量NaOH溶液并加热，产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝色的气体，证明A中含有NH₄⁺；NH₄⁺+HCO₃^-+2OH^-=NH₃•H₂O+CO₃^2-+H₂O；
（3）实验室制取二氧化碳常选用石灰石和稀盐酸或大理石和稀盐酸反应制取，采用固体+液体$\stackrel{不加热}{→}$气体，故选BC；浓氨水中加碱石灰或生石灰，因为氨水中存在下列平衡：NH₃+H₂O?NH₃•H₂O?NH₄⁺+OH^-，加入碱石灰或生石灰溶于水产生氢氧根离子平衡左移，同时放出大量的热促进氨水的挥发，制得氨气，所以分液漏斗中盛放的试剂是浓氨水，烧瓶内可加入的固体试剂是碱石灰或生石灰，故答案为：BC；浓氨水；碱石灰或生石灰；
（4）实验的原理：先称取样品质量并溶解，将碳酸根全部转换成二氧化碳，利用二氧化碳和澄清石灰水产生沉淀，通过沉淀的质量求出二氧化碳的物质的量、Na₂CO₃的物质的量和质量，最终求出Na₂CO₃的质量分数，所以将天然碱晶体样品，溶于适量蒸馏水中，加入足量稀硫酸并微热，产生的气体通过足量的澄清石灰水，然后过滤、洗涤、干燥、称量沉淀即可，
故答案为：用天平称取一定质量的晶体样品，加入足量稀硫酸并微热，产生的气体通过足量的澄清石灰水，过滤，洗涤，干燥，称量沉淀并计算．

点评 本题以制碱原理制取Na₂CO₃，涉及到物质的除杂和提纯，常见的实验操作，物质的制备等，难度中等，培养了学生运用知识的能力．