Question

（10分）某化学小组欲以CO₂主要为原料，采用下图所示装置模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO₃，并对CO₂与NaOH的反应进行探究。请你参与并完成对有关问题的解答。

【资料获悉】

1、“侯氏制碱法”原理：NH₃＋CO₂＋H₂O＋NaCl＝NaHCO₃↓＋NH₄Cl,然后再将NaHCO₃制成Na₂CO₃。

2、Na₂CO₃与盐酸反应是分步进行：Na₂CO₃先与盐酸反应生成NaHCO₃；然后再发生NaHCO₃+HCl= NaCl＋H₂O +CO₂↑

【实验设计】

【实验探究】

（1）装置乙的作用是                                            。

（2）由装置丙中产生的NaHCO₃制取Na₂CO₃时，需要进行的实验操作有           、洗涤、灼烧。NaHCO₃转化为Na₂CO₃的化学方程式为                          。

（3）若在（2）中灼烧的时间较短，NaHCO₃将分解不完全，取加热了t₁ min的NaHCO₃样品29.6 g完全溶于水制成溶液，然后向此溶液中缓慢地滴加稀盐酸，并不断搅拌。随着盐酸的加入，溶液中有关离子的物质的量的变化如下图所示。

则曲线c对应的溶液中的离子是           （填离子符号）；该样品中NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量之比是           。

（4）若将装置甲产生的纯净的CO₂2.24L（标准状况下）通入100mLNaOH溶液中，充分反应后，将溶液小心蒸干，得到不含结晶水的固体W，其质量为10.16g，则W的成分为          （填化学式），原NaOH溶液的物质的量浓度为             。

Answer

(1)除去二氧化碳中的氯化氢气体（1分）；

(2)过滤（1分2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑＋H2O，（2分）

(3)HCO3- （1分）； 1:2 （1分）；

(4)Na2CO3、NaHCO3 （2分） 1.8mol/L（2分）。

【解析】

试题分析：（1）在装置甲中发生反应制取CO2气体，由于盐酸有挥发性，所以在CO2气体中含有杂质HCl,装置乙的作用是)除去二氧化碳中的氯化氢气体;（2）在装置丙中发生反应：NH3＋CO2＋H2O＋NaCl＝NaHCO3↓＋NH4Cl，产生的NaHCO3从溶液中要过滤出来，然后洗涤，灼烧发生分解反应：2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O，制取得到了Na2CO3。（3）向含有Na2CO3、NaHCO3的混合物中加入盐酸，会发生反应：Na2CO3+ HCl=NaCl+ NaHCO3 ，所以n(CO32－)会逐渐减少，当该反应恰好完全时，n(CO32－)=0，用b表示；n(HCO3－)首先会逐渐增多，当该反应恰好完全时，n(HCO3－)达到最大值，后会发生反应：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+ CO2↑n(HCO3－)由消耗而逐渐减少，最后为0 ，用c表示；而n(Na+)的物质的量始终保持不变，用a表示；n(Cl-)则会随着盐酸的加入而逐渐增多，因此用d表示；则曲线c对应的溶液中的离子是HCO3-;固体图示可知n(Na2CO3)=0.2mol，n(NaHCO3)= 0.3mol—0.2mol =0.1mol，该样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是2:1；（4）n(CO2)=2.24L÷22.4L/mol=0.1mol，将其通入100mLNaOH溶液中，若完全转化为Na2CO3，根据C守恒可得质量是0.1mol×106g/mol=10.6g，若完全转化为NaHCO3，其质量是0.1mol×84g/mol=8.4g，现在得到的固体质量是10.6g>10.16g>8.4g，说明是Na2CO3、NaHCO3 的混合物，假设在混合物中Na2CO3、NaHCO3 的物质的量分别是x、y，则根据C守恒可得x+y=0.1；根据质量守恒可得106x+84y=10.16,解得x=0.08mol，y=0.02mol，所以根据Na元素守恒可得n(NaOH)=2 n(Na2CO3)+ n(NaHCO3)=2×0.08mol+0.02mol=0.18mol,所以c(NaOH)= 0.18mol÷0.1L=1.8mol/L。

考点：考查模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3及对CO2与NaOH的反应的产物成分的测定的知识。