Question

研究性学习的本质在于，让学生亲历知识产生与形成的过程。我校某化学研究性学习小组欲以CO2为主要原料，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．

【资料获悉】“侯氏制碱法”原理：NH3+CO2+H2O+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl，然后再将NaHCO3灼烧制成Na2CO3．

【实验设计】如图1所示

【实验探究】

（1）装置乙的作用是                   ．

（2）若在NaHCO3灼烧中时间较短，NaHCO3将分解不完全．取经短暂加热的NaHCO3样品29.6g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图2所示．则曲线b对应的溶液中的离子是     （填离子符号）；该样品中Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比是    。

（3）若将装置甲产生的纯净的CO21.68L（标准状况下）缓慢地全部通入到100mL NaOH溶液中，充分反应后，将溶液低温蒸干，得到不含结晶水的固体W，其质量为7.4g，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CO2中的HCl （2）HCO3﹣； 3﹕1；（3）Na2CO3和NaHCO3； 1.25 mol/L

【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）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c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b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b对应的溶液中的离子是HCO3-。根据图示可知n(Na2CO3)=0.3mol，n(NaHCO3)=0.4mol—0.3mol =0.1mol，该样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之比是3:1；

（3）n(CO2)=1.68L÷22.4L/mol=0.075mol，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0.075mol×106g/mol=7.95g，若完全转化为NaHCO3，其质量是0.075mol×84g/mol=6.3g，现在得到的固体质量是7.95g>7.4g>6.3g，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=0.075；根据质量守恒可得106x+84y=7.4,解得x=0.05mol，y=0.025mol，所以根据Na元素守恒可得n(NaOH)=2n(Na2CO3)+ n(NaHCO3)=2×0.05mol+0.025mol=0.125mol,所以c(NaOH)=0.125mol÷0.1L=1.25mol/L。

【考点定位】本题主要是考查模拟“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。

【名师点晴】NaOH与CO2反应产物的判断：依据：

2NaOH（过量） + CO2＝Na2CO3 + H2O或NaOH+CO2(过量)＝NaHCO3。