Question

研究碳及其化合物的性質和用途是中學化學的任務之一．
I．某興趣小組在實驗室中制備碳酸鈉溶液．方案如下：步驟一，取25mL一定濃度的NaOH溶液，通人CO₂氣體至過量；步驟二，加熱煮沸步驟一所得溶液；步驟三，另取25mL相同濃度的NaOH溶液與步驟二所得溶液混合，即得碳酸鈉溶液．
（1）完成步驟一可選的化學試劑有：稀鹽酸、NaOH溶液、大理石、飽和碳酸鈉溶液、稀硫酸、飽和碳酸氫鈉溶液等，需要的裝置如圖所示．
①各裝置正確的連接順序為

 

（用a、b、c、d表示）．
②檢查整套裝置氣密性的方法是

 

．
③裝置A中常用藥品為

 

；裝置C中化學藥品的作用是

 

．
（2）寫出步驟三中發(fā)生反應的離子方程式

 

．
（3）有同學提出“步驟二”沒有必要，請你簡述自己的看法

 

．
Ⅱ．實驗室用純堿和鹽酸處理某種蛇紋石（已知蛇紋石中含有MgO、SiO₂?CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃等氧化物）模擬制備氧化鎂的流程如下：

（l）過濾需要的玻璃儀器有

 

．
（2）沉淀Ⅱ的成分為

 

，請用離子方程式表示生成沉淀的過程

 

（寫出一個即可）．
（3）純堿溶液中所有離子濃度的大小關系為

 

．
（4）已知l0%的純堿溶液密度為1.06g/cm³，則其物質的量濃度為

 

．

Answer 1

考點：制備實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：I．根據(jù)題意知，該小組制備碳酸鈉溶液的原理為：CO₂（過量）+NaOH═NaHCO₃，NaOH+NaHCO₃═Na₂CO₃+H₂O，
（1）A為二氧化碳的發(fā)生裝置，B中發(fā)生二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應，C裝置除去二氧化碳中的氯化氫，
①為制得純凈的碳酸氫鈉溶液，要先除去二氧化碳中的氯化氫，據(jù)此連接裝置；
②根據(jù)檢查整套裝置氣密性的方法進行解答；
③實驗室制備二氧化碳的原理為碳酸鈣和稀鹽酸反應；裝置C中化學藥品的作用是除去二氧化碳中的氯化氫；
（2）步驟三中碳酸氫根離子與氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，據(jù)此寫出反應的離子方程式；
（3）加熱煮沸步驟一所得溶液，目的為除去溶解的過量的二氧化碳，避免影響碳酸鈉的純度；
Ⅱ．根據(jù)題給流程分析，蛇紋石用30%鹽酸酸浸，MgO、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和鹽酸反應溶解，反應方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O；而SiO₂不與鹽酸反應，過濾得沉淀Ⅰ為二氧化硅，濾液為MgCl₂、CaCl₂、FeCl₃、AlCl₃和鹽酸的混合液，向濾液中加入一定量10%純堿溶液，Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和碳酸鈉溶液反應轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁和碳酸鈣沉淀經過濾而除去，反應方程式為CO₃^2-+Ca²⁺═CaCO₃↓，2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=“═“2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；向濾液中加足量15%純堿溶液制得堿式碳酸鎂，過濾，回收氯化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉，堿式碳酸鎂煅燒得氧化鎂，
根據(jù)以上分析進行解答．

解答： 解：I．根據(jù)題意知，該小組制備碳酸鈉溶液的原理為：CO₂（過量）+NaOH═NaHCO₃，NaOH+NaHCO₃═Na₂CO₃+H₂O，
（1）分析題給裝置知，A為二氧化碳的發(fā)生裝置，B中發(fā)生二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應，C裝置除去二氧化碳中的氯化氫，
①為制得純凈的碳酸氫鈉溶液，要先除去二氧化碳中的氯化氫，各裝置正確的連接順序為：a→d→c→b，故答案為：a→d→c→b；
②檢查整套裝置氣密性的方法是：關閉分液漏斗活塞，向燒杯中加水至沒過導管口，微熱燒瓶，導管口有氣泡冒出，停止加熱，導管內形成一段水柱，說明裝置氣密性良好，
故答案為：關閉分液漏斗活塞，向燒杯中加水至沒過導管口，微熱燒瓶，導管口有氣泡冒出，停止加熱，導管內形成一段水柱，說明裝置氣密性良好；
③實驗室制備二氧化碳的原理為碳酸鈣和稀鹽酸反應，裝置A中常用藥品為稀鹽酸和大理石；裝置C中化學藥品的作用是除去二氧化碳中的氯化氫，同時能夠減少二氧化碳的溶解，
故答案為：稀鹽酸和大理石；除去二氧化碳中的HCl，減少二氧化碳的溶解；
（2）步驟三中碳酸氫根離子與氫氧根離子反應生成碳酸根離子和水，反應的離子方程式為OH^-+HCO₃^-═CO₃^2-+H₂O，故答案為：OH^-+HCO₃^-═CO₃^2-+H₂O；
（3）步驟二的目的為除去溶解的過量的二氧化碳，否則將使碳酸鈉不純，故答案為：步驟二的目的為除去溶解的過量的二氧化碳，否則將使碳酸鈉不純；
Ⅱ．根據(jù)題給流程分析，蛇紋石用30%鹽酸酸浸，MgO、CaO、Fe₂O₃、Al₂O₃和鹽酸反應溶解，反應方程式分別為：MgO+2HCl=MgCl₂+H₂O，CaO+2HCl=CaCl₂+H₂O，F(xiàn)e₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O，Al₂O₃+6HCl=2AlCl₃+3H₂O；而SiO₂不與鹽酸反應，過濾得沉淀Ⅰ為二氧化硅，濾液為MgCl₂、CaCl₂、FeCl₃、AlCl₃和鹽酸的混合液，向濾液中加入一定量10%純堿溶液，Ca²⁺、Fe³⁺、Al³⁺和碳酸鈉溶液反應轉化為氫氧化鐵、氫氧化鋁和碳酸鈣沉淀經過濾而除去，反應方程式為CO₃^2-+Ca²⁺═CaCO₃↓，2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=“═“2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑，2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑；向濾液中加足量15%純堿溶液制得堿式碳酸鎂，過濾，回收氯化鈉、碳酸鈉和碳酸氫鈉，堿式碳酸鎂煅燒得氧化鎂，
（1）過濾需要的玻璃儀器有燒杯、漏斗、玻璃棒，故答案為：燒杯、漏斗、玻璃棒；
（2）根據(jù)上述分析知，沉淀Ⅱ的成分為：CaCO₃、Fe（OH）₃、Al（OH）₃，用離子方程式表示生成沉淀的過程為：CO₃^2-+Ca²⁺═CaCO₃↓、2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑、2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑，
故答案為：CaCO₃、Fe（OH）₃、Al（OH）₃；CO₃^2-+Ca²⁺═CaCO₃↓（或2Fe³⁺+3CO₃^2-+3H₂O=2Fe（OH）₃↓+3CO₂↑、2Al³⁺+3CO₃^2-+3H₂O═2Al（OH）₃↓+3CO₂↑）；
（3）純堿溶液中，碳酸根離子部分水解，溶液顯示堿性，所以離子濃度的大小關系為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），
故答案為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）；
（4）利用公式c=

1000ρω%

M

 將題給數(shù)據(jù)代入計算，純堿溶液的物質的量濃度為：

1000×1.06×10%

106

mol/L=1 mo1?L^-1，故答案為：1 mo1?L^-1．

點評：本題考查化學實驗基本操、物質的制備方案的設計、評價、物質的分離提純、離子方程式的書、離子濃度大小比較、物質的量濃度的計算等知識，試題題量較大、知識點較多、綜合性較強，充分考查學生的分析、理解能力及靈活應用所學知識的能力．