Question

20．根據(jù)侯德榜制堿法原理并參考下表的數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)室制備純堿Na₂CO₃的主要步驟是：將配制好的飽和NaCl溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在30～35℃，攪拌下分批加入研細(xì)的NH₄HCO₃固體，加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，靜置、過(guò)濾得NaHCO₃晶體．用少量蒸餾水洗滌除去雜質(zhì)，抽干后，轉(zhuǎn)入蒸發(fā)皿中，灼燒2小時(shí)，制得Na₂CO₃固體．四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）                     

溫度 溶解度鹽	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	-①	-	-	-
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

請(qǐng)回答：
（1）反應(yīng)溫度控制在30～35℃，是因?yàn)槿舾哂?5℃，則NH₄HCO₃分解，若低于30℃，則反應(yīng)速率降低；為控制此溫度范圍，采取的加熱方法為水浴加熱；
（2）加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，目的是使反應(yīng)充分進(jìn)行．靜置后只析出NaHCO₃晶體的原因是NaHCO₃的溶解度最�。�用蒸餾水洗滌NaHCO₃晶體的目的是除去NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃雜質(zhì)（用化學(xué)式表示）；
（3）過(guò)濾所得的母液中含有NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃（用化學(xué)式表示），需加入HCl，并作進(jìn)一步處理，使NaCl溶液循環(huán)使用，同時(shí)可回收NH₄Cl；
（4）測(cè)試純堿產(chǎn)品中NaHCO₃含量的方法是：準(zhǔn)確稱取純堿樣品W g，放入錐形瓶中加蒸餾水溶解，加1～2滴酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無(wú)色（指示CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-反應(yīng)的終點(diǎn)），所用HCl溶液體積為V₁mL，再加1～2滴甲基橙指示劑，繼續(xù)用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙，所用HCl溶液體積為V₂ mL．寫出純堿樣品中NaHCO₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算式：NaHCO₃（%）=$\frac{c（{V}_{2}-{V}_{1}）M}{1000W}$×100%．

Answer 1

分析 （1）碳酸氫銨在低于30℃時(shí)分解較少，40℃時(shí)開始大量分解．若溫度過(guò)低，則反應(yīng)速率較慢．故反應(yīng)溫度控制在30-35℃之間為宜；水浴加熱是把要加熱的物質(zhì)放在水中，通過(guò)給水加熱達(dá)到給物質(zhì)加熱的效果．水浴加熱的優(yōu)點(diǎn)是避免了直接加熱造成的過(guò)度劇烈與溫度的不可控性，可以平穩(wěn)地加熱，水浴加熱的缺點(diǎn)是加熱溫度最高只能達(dá)到100度；
（2）加料完畢后，繼續(xù)保溫一段時(shí)間為使反應(yīng)充分進(jìn)行，使反應(yīng)完全．物質(zhì)的溶解度，碳酸氫銨0℃時(shí)溶解度為11.3%；20℃時(shí)為21%；40℃時(shí)為35%．碳酸氫鈉30℃為11.1g，30℃時(shí)碳酸氫鈉的溶解度更小，故碳酸氫鈉先析出．用蒸餾水洗滌NaHCO₃晶體中雜質(zhì)，此反應(yīng)中雜質(zhì)為 NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃；
（3）過(guò)濾除去析出的碳酸氫鈉后所得的母液主要成分為NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃．加入鹽酸后，溶液中剩余的NaCl和NH₄Cl，氯化鈉可以重復(fù)使用，氯化銨可以回收利用；
（4）加酚酞指示劑，指示CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-應(yīng)的終點(diǎn)，再加甲基橙指示劑，指示HCO₃^-+H⁺=CO₂+H₂O反應(yīng)的終點(diǎn)，樣品中含有的碳酸氫鈉反應(yīng)消耗鹽酸體積為（V₂-V₁ ）mL，消耗鹽酸的物質(zhì)的量為c（V₂-V₁ ）÷1000 mol，故碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為c（V₂-V₁）÷1000 mol，以此來(lái)計(jì)算碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為．

解答 解：（1）碳酸氫銨10～20℃時(shí)，不易分解，30℃時(shí)開始大量分解．若溫度過(guò)低，則反應(yīng)速率較慢．故反應(yīng)溫度控制在30-35℃之間為宜．水浴加熱是把要加熱的物質(zhì)放在水中，通過(guò)給水加熱達(dá)到給物質(zhì)加熱的效果．一般都是把要反應(yīng)的物質(zhì)放在試管中，再把試管放在裝有水的燒杯中，再在燒杯中插一根溫度計(jì)，可以控制反應(yīng)溫度．水浴加熱的優(yōu)點(diǎn)是避免了直接加熱造成的過(guò)度劇烈與溫度的不可控性，可以平穩(wěn)地加熱，許多反應(yīng)需要嚴(yán)格的溫度控制，就需要水浴加熱．水浴加熱的缺點(diǎn)是加熱溫度最高只能達(dá)到100度．
故答案為：NH₄HCO₃分解；反應(yīng)速率降低；水浴加熱；
（2）加料完畢后，繼續(xù)保溫30分鐘，可以使反應(yīng)充分進(jìn)行，使反應(yīng)完全．碳酸氫銨0℃時(shí)溶解度為11.3%；20℃時(shí)為21%；40℃時(shí)為35%．碳酸氫鈉0℃溶解度為6.9 g，5℃為7.45 g，
10℃為8.15 g，15℃為8.85 g，20℃為9.6 g，25℃為10.35 g，30℃為11.1g，35℃為11.9 g，40℃為12.7 g，45℃為13.55 g，50℃為14.45 g，55℃為15.4g，60℃為16.4g．30℃時(shí)碳酸氫鈉的溶解度更小，故碳酸氫鈉先析出．用蒸餾水洗滌NaHCO₃晶體的目的是為了除去雜質(zhì)，此反應(yīng)中雜質(zhì)為 NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃．
故答案為：使反應(yīng)充分進(jìn)行；NaHCO₃的溶解度最��；NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃；
（3）過(guò)濾除去析出的碳酸氫鈉，溶液中還有部分碳酸氫鈉未析出，還有溶解在溶液中的NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃，所得的母液主要成分為NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃．加入鹽酸后，碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為氯化鈉，碳酸氫銨轉(zhuǎn)化為氯化銨，這時(shí)溶液中的NaCl溶液循環(huán)使用，同時(shí)可回收NH₄Cl．
故答案為：NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃；HCl；
（4）加酚酞指示劑，用物質(zhì)的量濃度為c（mol/L）的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無(wú)色，指示CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-反應(yīng)的終點(diǎn)，所用HCl溶液體積為V₁mL；再加甲基橙指示劑，繼續(xù)用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙，指示HCO₃^-+H⁺=CO₂+H₂O反應(yīng)的終點(diǎn)，所用HCl溶液體積為V₂ mL．上述的兩個(gè)離子方程式為①CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-②HCO₃^-+H⁺=CO₂+H₂O，故樣品中含有的碳酸氫鈉反應(yīng)消耗鹽酸體積為（V₂-V₁ ）mL，消耗鹽酸的物質(zhì)的量為c（V₂-V₁ ）÷1000 mol，故碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為c（V₂-V₁）÷1000 mol，碳酸氫鈉的質(zhì)量為c（V₂-V₁ ）M÷1000 g，碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{c（{V}_{2}-{V}_{1}）M}{1000W}$×100%，
故答案為：$\frac{c（{V}_{2}-{V}_{1}）M}{1000W}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查學(xué)生根據(jù)侯氏制堿法的基本過(guò)程進(jìn)行解題，學(xué)生能利用各種物質(zhì)常見的溶解度和物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)來(lái)計(jì)算是解題的關(guān)鍵，難度稍大．