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【名師導(dǎo)航】2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)學(xué)案--第10講 侯氏制堿法與碳酸鈉含量的測定(解析版)

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【名師導(dǎo)航】2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)學(xué)案--第10講 侯氏制堿法與碳酸鈉含量的測定(解析版)

資源簡介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺
第10講 侯氏制堿法與碳酸鈉含量的測定
【備考目標(biāo)】 1.了解侯氏制堿法的原理,并能根據(jù)具體情境遷移應(yīng)用。2.掌握Na2CO3含量的測定方法。
考點1 侯氏制堿法
1.制備原料
食鹽、氨氣、二氧化碳[合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣,其反應(yīng)為C+H2O(g)CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2]。
2.工藝流程
3.反應(yīng)原理
(1)產(chǎn)生NaHCO3的反應(yīng):NH3+NaCl+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl 。
(2)產(chǎn)生Na2CO3的反應(yīng):__2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O 。
4.綠色思想
循環(huán)使用的物質(zhì)為CO2、飽和食鹽水。
題組練習(xí)
1.(2023·廣東汕頭二模)某實驗小組模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3,下列有關(guān)連接方式正確的是(   )
A.a→d→e→b→c→f→g B.a(chǎn)→b→c→d→e→f→g C.a(chǎn)→c→b→d→e→g→f D.a(chǎn)→f→g→c→b→d→e
解析:選A。制備NaHCO3的具體過程為先制備CO2,再除去雜質(zhì)HCl,然后將純凈的CO2通入飽和氨鹽溶液中制得NaHCO3,最后用NaOH溶液處理多余的CO2,所以裝置的連接順序為:a→d→e→b→c→f→g。
2.(2023·內(nèi)蒙古赤峰期末)我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻,他以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3,進而生產(chǎn)出純堿。某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理,進行碳酸氫鈉的制備實驗。
Ⅰ.一位同學(xué)將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉,實驗裝置如圖所示(圖中夾持,調(diào)定用的儀器未畫出)。
試回答下列有關(guān)問題:
(1)乙裝置中的試劑是______________________________________。
(2)丁裝置中稀硫酸的作用是_________________________________________________。
(3)實驗結(jié)束后,分離出NaHCO3晶體的操作是(填分離操作的名稱)________________________________________________________________________。
Ⅱ.另一位同學(xué)用圖中戊裝置(其他裝置未畫出)進行實驗。
(4)實驗時,須先從______管通入氣體______,再從______管中通入氣體________。
(5)有同學(xué)建議在戊裝置的b管下端連接己裝置,理由是___________________________________________。
答案:(1)飽和碳酸氫鈉溶液 (2)吸收逸出的NH3 (3)過濾
(4)a NH3 b CO2 (5)增大氣體與溶液的接觸面積,提高CO2的吸收率
考點2 碳酸鈉含量的測定
1.氣體法
(1)測定原理:Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑。
依據(jù)CO2的體積確定Na2CO3的物質(zhì)的量,進而確定純堿中Na2CO3的含量。
(2)實驗操作:向m g純堿樣品中加入足量的稀硫酸,準(zhǔn)確測量出產(chǎn)生的CO2氣體的體積為V mL(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
(3)數(shù)據(jù)處理
純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量為 mol×106 g·mol-1= g,則純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=%。
2.沉淀法
(1)測定原理:Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl。
依據(jù)BaCO3沉淀的質(zhì)量,確定Na2CO3的物質(zhì)的量,進而確定純堿中Na2CO3的含量。
(2)實驗操作:先將m g純堿樣品溶于水配成溶液,向溶液中加入過量的BaCl2溶液,經(jīng)過濾、洗滌、干燥得BaCO3沉淀的質(zhì)量為n g。
(3)數(shù)據(jù)處理
純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量為×106 g·mol-1= g,則純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%。
【拓展知識】 雙指示劑滴定法(酚酞、甲基橙)
(1)Na2CO3、NaHCO3混合物
①測定原理
先以酚酞作指示劑:Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3;
再以甲基橙作指示劑:NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
②實驗操作
a.準(zhǔn)確稱量樣品m g加蒸餾水配成溶液。
b.向所得溶液中先滴入1~2滴酚酞試液,然后逐滴加入1 mol/L的稀鹽酸,當(dāng)溶液由紅色變成淺紅色且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗鹽酸的體積為V1 mL。
c.再向溶液中滴入1~2滴甲基橙試液,然后逐滴加入1 mol/L的稀鹽酸,當(dāng)溶液由黃色變成橙色且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗鹽酸的體積為V2 mL,且V2>V1>0。
③數(shù)據(jù)處理
樣品中Na2CO3的物質(zhì)的量為1 mol/L×V1×10-3 L=V1×10-3 mol,
則樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=%。
(2)Na2CO3、NaOH的混合物
①測定原理
先以酚酞作指示劑:NaOH+HCl===NaCl+H2O,Na2CO3+HCl===NaHCO3+NaCl;
再以甲基橙作指示劑:NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
②實驗操作
a.準(zhǔn)確稱量樣品m g加蒸餾水配成溶液。
b.向所得溶液中先滴入1~2滴酚酞試液,然后逐滴加入1 mol/L 的稀鹽酸,當(dāng)溶液由紅色變成淺紅色且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗鹽酸的體積為V1 mL。
c.再向溶液中滴入1~2滴甲基橙試液,然后逐滴加入1 mol/L 稀鹽酸,溶液由黃色變成橙色,且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗的鹽酸的體積為V2 mL,且V1>V2>0。
③數(shù)據(jù)處理
樣品中n(Na2CO3)=NaHCO3消耗的鹽酸的物質(zhì)的量=1 mol/L×V2×10-3L=V2×10-3 mol,樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=%。
題組練習(xí)
1.為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(含少量NaCl),準(zhǔn)確稱量W g樣品進行實驗,下列實驗方法所對應(yīng)的實驗方案和測量數(shù)據(jù)合理的是(   )
選項 實驗方法 實驗方案 測量數(shù)據(jù)
A 滴定法 將樣品配成100 mL溶液,取10 mL,加入酚酞,用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定 消耗鹽酸的體積
B 量氣法 將樣品與鹽酸反應(yīng),生成的氣體全部被堿石灰吸收 堿石灰增加的質(zhì)量
C 重量法 將樣品放入燒瓶中,置于電子天平上,加入足量鹽酸 減少的質(zhì)量
D 量氣法 將樣品與鹽酸反應(yīng),氣體通過排水量氣裝置量氣 排出水的體積
解析:選A。用酚酞作指示劑時,Na2CO3與鹽酸發(fā)生反應(yīng)Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,依據(jù)消耗鹽酸的量可以計算出樣品中Na2CO3的量,進而確定樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù),A項正確;測量堿石灰增重的方法是重量法而不是量氣法,堿石灰增加的質(zhì)量還包括水蒸氣、氯化氫等,B項錯誤;樣品中加入足量鹽酸,因鹽酸的質(zhì)量未知,無法通過重量法計算Na2CO3的質(zhì)量,C項錯誤;因部分CO2能溶解到水里,與水反應(yīng)生成H2CO3,故排出水的體積并不是CO2的體積,D項錯誤。
2.實驗室欲測定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Na2CO3),稱取此混合物5.0 g,溶于水中,配成250 mL溶液。
方案一:沉淀法。利用化學(xué)反應(yīng)把HCO、CO完全轉(zhuǎn)化為沉淀,稱量干燥沉淀的質(zhì)量,由此計算混合物中w(Na2CO3)。
(1)量取100 mL配制好的溶液于燒杯中,滴加足量沉淀劑,把溶液中HCO、CO完全轉(zhuǎn)化為沉淀,應(yīng)選用的試劑是________(填字母)。
A.CaCl2溶液 B.MgSO4溶液 C.NaCl溶液 D.Ba(OH)2溶液
(2)過濾,洗滌沉淀,判斷沉淀是否洗凈的方法是___________________________________________。
(3)將所得沉淀充分干燥,稱量沉淀的質(zhì)量為m g,由此可以計算w(Na2CO3)。如果此步中,沉淀未充分干燥就稱量,則測得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
方案二:氣體法。某同學(xué)用下列實驗流程測定。
按如圖所示裝置進行實驗:
(1)在裝置C中裝堿石灰來吸收凈化后的氣體,裝置D的作用是________________________________。
(2)有的同學(xué)認(rèn)為,為了減小實驗誤差,應(yīng)在反應(yīng)前后都通入N2,反應(yīng)后通入N2的目的是_________________________________________________________________________。
方案三:滴定法。量取25.00 mL配制好的溶液加入錐形瓶中,滴加2滴酚酞溶液,搖勻,用0.200 0 mol·L-1鹽酸滴定到終點(已知終點時反應(yīng)H++CO===HCO恰好反應(yīng)完全)。重復(fù)此操作2次,消耗鹽酸的平均體積為20.00 mL。
(1)量取25.00 mL配制好的溶液,應(yīng)選擇________儀器來完成。
(2)判斷滴定終點的依據(jù)是__________________________________________________。
(3)此法測得w(Na2CO3)=________。
解析:方案一:(1)Ba(OH)2溶液與兩種離子都可以形成沉淀,D正確。(2)判斷沉淀是否洗凈的方法是檢驗洗滌液中是否含有Ba2+。(3)所得沉淀未充分干燥就稱量,則產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量偏大。由于等質(zhì)量時NaHCO3產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量大,因此測得w(Na2CO3)偏小。
方案三:(1)Na2CO3、NaHCO3的溶液顯堿性,應(yīng)選擇堿式滴定管或移液管。(2)配制的溶液加酚酞溶液顯紅色,到滴定終點恰好反應(yīng)時溶液為NaHCO3溶液。(3)當(dāng)達到滴定終點時,發(fā)生反應(yīng):H++CO===HCO;25.00 mL配制好的溶液中含有的n(Na2CO3)=n(HCl)=0.200 0 mol·L-1×0.02 L=0.004 mol,則250 mL溶液中含有Na2CO3的物質(zhì)的量n(Na2CO3)=0.004 mol×=0.04 mol,其質(zhì)量m(Na2CO3)=0.04 mol×106 g·mol-1=4.24 g,w(Na2CO3)=×100%=84.8%。
答案:方案一:(1)D (2)取少量最后一次洗滌液于試管中,滴加Na2SO4溶液,如無沉淀生成,則沉淀已洗凈,反之則未洗凈 (3)偏小
方案二:(1)吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳,減小實驗誤差 (2)將裝置A、B中殘留的CO2全部趕入裝置C中
方案三:(1)堿式滴定管(或移液管) (2)滴入最后半滴鹽酸時,溶液由紅色變?yōu)闇\紅色(接近無色),且30 s內(nèi)顏色不發(fā)生變化 (3)84.8%
高考真題
1.(2021·河北高考節(jié)選)化工專家侯德榜發(fā)明的侯氏制堿法為我國純堿工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻,某化學(xué)興趣小組在實驗室中模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3,進一步處理得到產(chǎn)品Na2CO3和NH4Cl,實驗流程如圖:
回答下列問題:
(1)從A~E中選擇合適的儀器制備NaHCO3,正確的連接順序是____________(按氣流方向,用小寫字母表示)。為使A中分液漏斗內(nèi)的稀鹽酸順利滴下,可將分液漏斗上部的玻璃塞打開或________________________________________________________________________。
(2)B中使用霧化裝置的優(yōu)點是____________________________________________。
(3)生成NaHCO3的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________。
(4)反應(yīng)完成后,將B中U形管內(nèi)的混合物處理得到固體NaHCO3和濾液:
①對固體NaHCO3充分加熱,產(chǎn)生的氣體先通過足量濃硫酸,再通過足量Na2O2,Na2O2增重0.14 g,則固體NaHCO3的質(zhì)量為________g。
②向濾液中加入NaCl粉末,存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)+NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離,根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度曲線,需采用的操作為________、________、洗滌、干燥。
解析:(1)根據(jù)流程圖分析,要制備NaHCO3,需先選用裝置A制備二氧化碳,然后通入飽和碳酸氫鈉溶液中除去二氧化碳中的HCl,后與飽和氨鹽水充分接觸來制備NaHCO3,其中過量的二氧化碳可被氫氧化鈉溶液吸收,也能充分利用二氧化碳制備得到少量NaHCO3,所以按氣流方向正確的連接順序應(yīng)為aefbcgh。為使A中分液漏斗內(nèi)的稀鹽酸順利滴下,可將分液漏斗上部的玻璃塞打開或?qū)⒉A系陌疾蹖?zhǔn)漏斗頸部的小孔。
(2)B中使用霧化裝置使氨鹽水霧化,可增大與二氧化碳的接觸面積,從而提高產(chǎn)率。
(3)根據(jù)上述分析可知,生成NaHCO3的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為NH3·H2O+NaCl+CO2===NH4Cl+NaHCO3↓。
(4)①對固體NaHCO3充分加熱,產(chǎn)生二氧化碳和水蒸氣,反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,將氣體先通過足量濃硫酸,吸收水蒸氣,再通過足量Na2O2,Na2O2與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣,化學(xué)方程式為2Na2O2+2CO2===2Na2CO3+O2,根據(jù)化學(xué)方程式及差量法可知,當(dāng)增重0.14 g(2CO的質(zhì)量)時,消耗的二氧化碳的質(zhì)量為0.14 g×=0.22 g,其物質(zhì)的量為=0.005 mol,根據(jù)關(guān)系式2NaHCO3~CO2可知,消耗的NaHCO3的物質(zhì)的量為2×0.005 mol=0.01 mol,所以固體NaHCO3的質(zhì)量為0.01 mol×84 g/mol=0.84 g。
②根據(jù)溶解度隨溫度的變化曲線可以看出,氯化銨的溶解度隨著溫度的升高而不斷增大,而氯化鈉的溶解度隨著溫度的升高變化并不明顯,所以要想使NH4Cl沉淀充分析出并分離,需采用蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥的方法。
答案:(1)aefbcgh 將玻璃塞上的凹槽對準(zhǔn)漏斗頸部的小孔 (2)使氨鹽水霧化,可增大與二氧化碳的接觸面積,從而提高產(chǎn)率(或其他合理答案) (3)NH3·H2O+NaCl+CO2===NH4Cl+NaHCO3↓ (4)①0.84 ②蒸發(fā)濃縮 降溫結(jié)晶
2.(2021·湖南高考)碳酸鈉俗稱純堿,是一種重要的化工原料。以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉,并測定產(chǎn)品中少量碳酸氫鈉的含量,過程如下:
步驟Ⅰ.Na2CO3的制備
步驟Ⅱ. 產(chǎn)品中NaHCO3含量的測定
①稱取產(chǎn)品2.500 g,用蒸餾水溶解,定容于250 mL容量瓶中;
②移取25.00 mL上述溶液于錐形瓶中,加入2滴指示劑M,用0.100 0 mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,溶液由紅色變至接近無色(第一滴定終點),消耗鹽酸V1 mL;
③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N,繼續(xù)用0.100 0 mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(第二滴定終點),又消耗鹽酸V2 mL;
④平行測定三次,V1平均值為22.45 mL,V2平均值為23.51 mL。
已知:(ⅰ)當(dāng)溫度超過35 ℃時,NH4HCO3開始分解。
(ⅱ)相關(guān)鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100 g H2O)
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
回答下列問題:
(1)步驟Ⅰ中晶體A的化學(xué)式為________,晶體A能夠析出的原因是________________________________。
(2)步驟Ⅰ中“300 ℃加熱”所選用的儀器是________(填字母)。
(3)指示劑N為______________,描述第二滴定終點前后溶液的顏色變化:________________________________________。
(4)產(chǎn)品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______(保留三位有效數(shù)字)。
(5)第一滴定終點時,某同學(xué)俯視讀數(shù),其他操作均正確,則NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算結(jié)果________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
解析:(1)根據(jù)題給信息中鹽在不同溫度下的溶解度可知,控制溫度在30~35 ℃是為了使NH4HCO3不發(fā)生分解,同時析出NaHCO3固體,得到晶體A,因為在30~35 ℃時,NaHCO3的溶解度最小。(2)在300 ℃加熱抽干后的NaHCO3固體,需用坩堝、泥三角、三腳架進行操作。(3)第二次滴定時,使用的指示劑N為甲基橙試液,滴定到終點前溶液的溶質(zhì)為碳酸氫鈉和氯化鈉,滴定達到終點時溶液的溶質(zhì)為氯化鈉,所以溶液的顏色變化為由黃色變?yōu)槌壬野敕昼妰?nèi)不發(fā)生變化。(4) 第一次滴定發(fā)生的反應(yīng)是Na2CO3+HCl===NaHCO3+NaCl,則n(Na2CO3)=n生成(NaHCO3)=n(HCl)=0.100 0 mol/L×22.45×10-3 L=2.245×10-3 mol,第二次滴定消耗的鹽酸的體積V2=23.51 mL,則根據(jù)方程式NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑可知,消耗的NaHCO3的物質(zhì)的量n總(NaHCO3)=0.100 0 mol/L×23.51×10-3 L=2.351×10-3 mol,則原溶液中的NaHCO3的物質(zhì)的量n(NaHCO3)=n總(NaHCO3)-n生成(NaHCO3)=2.351×10-3 mol-2.245×10-3 mol=1.06×10-4 mol,則原產(chǎn)品中NaHCO3的物質(zhì)的量為×1.06×10-4 mol=1.06×10-3 mol,故產(chǎn)品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=3.561 6%≈3.56%。(5)若該同學(xué)第一次滴定時,在其他操作均正確的情況下,俯視讀數(shù),則會使V1偏小,所以原產(chǎn)品中NaHCO3的物質(zhì)的量會偏大,最終導(dǎo)致其質(zhì)量分?jǐn)?shù)會偏大。
答案:(1)NaHCO3 在30~35 ℃時NaHCO3的溶解度最小(意思合理即可) (2)D (3)甲基橙 由黃色變橙色,且半分鐘內(nèi)不發(fā)生變化(4)3.56% (5)偏大
鞏固練習(xí)
一、選擇題(每題5分,共10題,共50分)
1.侯德榜是我國杰出的化學(xué)家,是侯氏制堿法的創(chuàng)始人。NaCl+CO2+NH3+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl是“侯氏制堿法”的重要反應(yīng)。下面是4位同學(xué)對該反應(yīng)涉及的有關(guān)知識發(fā)表的部分見解,其中不正確的是(   )
A.甲同學(xué)說:該條件下NaHCO3的溶解度較小
B.乙同學(xué)說:NaHCO3不是純堿
C.丙同學(xué)說:析出NaHCO3固體后的溶液中只含氯化銨
D.丁同學(xué)說:該反應(yīng)是在飽和食鹽水中先通入氨氣,再通入二氧化碳
解析:選C。碳酸氫鈉是小蘇打,純堿是碳酸鈉,B項正確;先通入氨氣至飽和,再通入二氧化碳,這樣可以保證在堿性條件下生成更多的HCO,D項正確。
2.(2023·上海奉賢二模)實驗室中利用侯氏制堿法制備Na2CO3和NH4Cl,流程如圖。下列說法正確的是(   )
A.氣體N、M分別為CO2和NH3 B.只有“食鹽水”可以循環(huán)使用
C.為了加速過濾可用玻璃棒攪拌 D.向“母液”中通入NH3有利于析出NH4Cl并提高純度
解析:選D。利用侯氏制堿法制備碳酸鈉和氯化銨,飽和食鹽水中先通入NH3、再通入CO2,此時生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨,過濾得到碳酸氫鈉,加熱碳酸氫鈉生成碳酸鈉、二氧化碳和水,母液中加入NaCl和NH3,有利于NH4Cl析出,過濾得到氯化銨。氣體N為NH3,氣體M為CO2,A錯誤;從流程圖可知,最后碳酸氫鈉分解生成的CO2、母液生成的食鹽水都可以循環(huán)利用,B錯誤;用玻璃棒攪動漏斗里的液體,容易把濾紙弄破,起不到加速過濾的作用,C錯誤;向母液中通入NH3,增大溶液中NH的濃度,有利于NH4Cl析出并提高純度,D正確。
3.(2023·廣東名校聯(lián)考)侯氏制堿法以NaCl、NH3、CO2為原料制取純堿,將制堿技術(shù)發(fā)展到一個新的水平。下列實驗室模擬侯氏制堿法制取純堿的步驟對應(yīng)的裝置或操作不正確的是(   )
解析:選D。A.實驗室可利用氯化銨和氫氧化鈣共熱制備氨氣,上述實驗裝置科學(xué)合理;B.利用碳酸氫鈉的溶解度較小的性質(zhì),向飽和食鹽水中先后通入氨氣、二氧化碳來制備碳酸氫鈉晶體,裝置和操作無誤;C.碳酸氫鈉晶體析出后,利用過濾步驟將其從混合物中分離出來,過濾操作無誤;D.加熱碳酸氫鈉可獲得純堿,但實驗室加熱碳酸氫鈉時試管需略向下傾斜,否則可能會有水蒸氣回流到試管底部引起試管炸裂。
4.(2023·重慶育才中學(xué)期中)侯氏制堿法(聯(lián)合制堿法)工藝流程可用如圖表示。下列有關(guān)說法錯誤的是(   )
A.以海水為原料,經(jīng)分離、提純和濃縮后得到飽和氯化鈉溶液進入吸氨塔
B.該工藝的碳原子利用率理論上為100%
C.氨母液儲罐中的溶質(zhì)主要是NaCl、NH4Cl、NaHCO3
D.在實驗室模擬上述流程,“焙燒”需要使用鐵坩堝、泥三角、三腳架、酒精燈等儀器
解析:選C。向飽和NaCl溶液中先通入氨氣(吸氨塔)使溶液呈堿性,提升其溶解CO2的能力,再通入CO2(碳酸化塔),反應(yīng)生成NH4Cl和碳酸氫鈉(從溶液中析出),真空過濾機過濾出的NaHCO3進入回轉(zhuǎn)焙燒爐焙燒后轉(zhuǎn)化為Na2CO3、水和二氧化碳,CO2可進入碳酸化塔重復(fù)利用,NH4Cl進入堿母液儲罐,由于NH4Cl的溶解度在低溫下比NaCl小,向其中通入NH3后降溫“冷析”、加NaCl“鹽析”,可使NH4Cl結(jié)晶析出,剩余母液中含氯化鈉和氨水,進入氨母液儲罐后可再次投入使用。海水淡化工廠對海水進行分離、提純和濃縮可得到飽和氯化鈉溶液,然后進入吸氨塔,A正確;根據(jù)NH3+CO2+NaCl+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,反應(yīng)產(chǎn)生的CO2又進入碳酸化塔中,碳原子利用率理論上為100%,B正確;氨母液儲罐中的溶質(zhì)主要是NaCl和NH3·H2O,C錯誤;焙燒固體在坩堝中進行,實驗室模擬“焙燒”時需要的實驗儀器有鐵坩堝、泥三角、三腳架、酒精燈等,D正確。
5.(2023·江蘇名校模擬)實驗室利用下圖裝置模擬侯氏制堿法制備NaHCO3,下列說法正確的是(   )
A.實驗時應(yīng)先打開活塞a后打開活塞b B.裝置B中應(yīng)盛放飽和Na2CO3溶液以除去HCl雜質(zhì)
C.一段時間后,裝置C中可觀察到白色晶體析出 D.裝置E主要為了吸收多余的CO2
解析:選C。氨氣極易溶于水,溶于水后使溶液顯堿性,可以吸收更多二氧化碳,故先通入氨氣再通入二氧化碳,實驗時應(yīng)先打開活塞b通入氨氣,后打開活塞a通入二氧化碳,A錯誤;二氧化碳能和碳酸鈉溶液反應(yīng),裝置B中應(yīng)盛放飽和NaHCO3溶液以除去HCl雜質(zhì),B錯誤;反應(yīng)生成溶解度較小的碳酸氫鈉晶體,故一段時間后,裝置C中可觀察到白色晶體析出,C正確;氨氣有毒,裝置E主要為了吸收多余的氨氣,D錯誤。
6.(2023·天津南開一模)下列實驗方案中,不能測定出Na2CO3和NaHCO3的混合物中Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的是(   )
A.取a g混合物充分加熱,質(zhì)量減少b g
B.取a g混合物與足量稀鹽酸充分反應(yīng),加熱、蒸干、灼燒,得到b g固體
C.取a g混合物與足量Ba(OH)2溶液充分反應(yīng),過濾、洗滌、烘干,得到b g固體
D.取a g混合物與足量稀硫酸充分反應(yīng),逸出氣體用堿石灰吸收,質(zhì)量增加b g
解析:選D。只有碳酸氫鈉加熱分解,由差量法可計算碳酸氫鈉的質(zhì)量,然后再計算碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),能夠測出混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),A不選;加熱后b g固體為氯化鈉的質(zhì)量,設(shè)碳酸鈉的物質(zhì)的量為x、碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為y,則106x+84y=a,2x+y=,解方程計算出x、y,然后可計算出混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),B不選;碳酸鈉和碳酸氫鈉均能與Ba(OH)2反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀,結(jié)合B項分析,也可以計算出混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),故C不選;a g混合物與足量稀硫酸充分反應(yīng),逸出的二氧化碳中混有水蒸氣,所以質(zhì)量增加的b g是兩種物質(zhì)的質(zhì)量,故無法求出混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),故D選。
7.實驗室可通過沉淀重量法測定樣品純度,按如圖裝置測定純堿(含少量NaCl)的純度,下列說法正確的是(   )
A.裝置A中試劑應(yīng)為濃硫酸,C中試劑應(yīng)為BaCl2溶液
B.在B、C之間應(yīng)增添盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣裝置,以除去氯化氫氣體
C.只要測定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差,就可以確定碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
D.反應(yīng)結(jié)束后,需經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、稱量等操作測定裝置C中沉淀質(zhì)量
解析:選D。為了防止空氣中的二氧化碳對實驗的影響,需先通過裝置A吸收空氣中的二氧化碳,則裝置A中的試劑為NaOH溶液,C中的試劑應(yīng)能與二氧化碳反應(yīng)生成沉淀,應(yīng)為Ba(OH)2溶液,A錯誤;若B、C之間添加盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶,揮發(fā)出的HCl氣體會和NaHCO3反應(yīng)生成CO2氣體,對測定的純堿純度會有影響,B錯誤;鹽酸易揮發(fā),B中可能有HCl、H2O進入C中,不能通過測定C的質(zhì)量差來確定CO2的質(zhì)量,應(yīng)通過測量C中產(chǎn)生的沉淀質(zhì)量來確定碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù),C錯誤;沉淀表面可能附著少量水分和溶于水的雜質(zhì),應(yīng)經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、稱量等操作測定裝置C中沉淀質(zhì)量,D正確。
8.下圖是為測定過氧化鈉樣品(只含Na2CO3雜質(zhì))純度而設(shè)計的裝置,氣球Q彈性良好。
下列說法正確的是(   )
A.Q中反應(yīng)的離子方程式為CO+2H+===H2O+CO2↑,2O+4H+===2H2O+O2↑
B.測量氣體體積時應(yīng)先關(guān)閉K1、K2,打開K3,反應(yīng)完畢后再緩緩打開K1
C.沒有導(dǎo)管a稀硫酸不易滴下來,而且會導(dǎo)致測量氣體的體積偏大
D.若操作正確,量筒Ⅰ收集x mL水,量筒Ⅱ排出y mL水,則Na2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
解析:選C。實驗開始時先打開恒壓滴液漏斗的活塞使稀硫酸與樣品發(fā)生反應(yīng):2Na2O2+4H+===4Na++2H2O+O2↑,Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑,此時關(guān)閉K1、K2,打開K3,利用排液法測得所有氣體的體積即量筒Ⅰ中水的體積x mL,反應(yīng)完畢后先打開K2,關(guān)閉K3保證Q靈活伸縮后打開K1,堿石灰吸收CO2后量筒Ⅱ排出的y mL水即氧氣的體積。過氧化鈉不能拆,其離子方程式為:2Na2O2+4H+===4Na++2H2O+O2↑,A錯誤;為保證Q靈活伸縮,量筒Ⅰ測量后,需與大氣相通,打開K1前,應(yīng)先打開K2,關(guān)閉K3,B錯誤;若沒有導(dǎo)管a,由于氣壓不相通,稀硫酸不易滴落,而且滴落的稀硫酸也計為氣體體積,導(dǎo)致測量氣體的體積偏大,C正確;題中計算既未考慮氣體與物質(zhì)的比例關(guān)系,也未考慮物質(zhì)的摩爾質(zhì)量,Na2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:=,故D錯誤。
9.過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)有Na2CO3和H2O2的雙重性質(zhì),可用作漂白劑和氧化劑,能有效殺滅禽流感病毒。合理組合下列裝置能用于測定過碳酸鈉中碳酸鈉的含量,下列說法不正確的是(   )
A.連接順序為裝置Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ
B.裝置b和e中盛放的試劑相同
C.裝置d的作用是防止空氣中的H2O和CO2進入裝置c中
D.若裝置b中盛放的是澄清石灰水,只用裝置Ⅰ即可驗證過碳酸鈉與稀硫酸反應(yīng)是否生成CO2(不考慮空氣中CO2的影響)
解析:選B。稀硫酸與過碳酸鈉反應(yīng)生成CO2,由于空氣中含有CO2,所以需要除去空氣中的CO2,又因為還需要防止空氣中的水蒸氣進入裝置c,所以連接順序是裝置Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ,A項正確;裝置b和e中盛放的試劑分別是濃硫酸和氫氧化鈉溶液,B項錯誤;氫氧化鈣與CO2反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀,因此若裝置b中盛放的是澄清石灰水,只用裝置Ⅰ即可驗證過碳酸鈉與稀硫酸反應(yīng)是否生成CO2,D項正確。
10.(2023·江蘇南師大附中期末)一種利用有機胺(TBA)聯(lián)合生產(chǎn)碳酸氫鈉和二氯乙烷的工藝流程如圖所示。
下列說法錯誤的是(   )
A.“制堿過程”后通過加熱蒸發(fā)結(jié)晶得到NaHCO3
B.該工藝原子利用率為100%
C.“氯化過程”每生成1 mol C2H4Cl2,總反應(yīng)中消耗0.5 mol O2
D.“胺再生過程”反應(yīng)為4CuCl+O2+4TBA·HCl===4CuCl2+4TBA+2H2O
解析:選A。NaHCO3熱穩(wěn)定性差,加熱易分解,應(yīng)通過降溫結(jié)晶得到NaHCO3,A錯誤;從工藝流程圖可以看出,反應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物,該工藝原子利用率為100%,B正確;“氯化過程”的化學(xué)方程式為C2H4+2CuCl2===C2H4Cl2+2CuCl,再結(jié)合胺再生過程化學(xué)方程式4CuCl+O2+4TBA·HCl===4CuCl2+4TBA+2H2O,可得C2H4Cl2~2CuCl~0.5O2,所以每生成1 mol C2H4Cl2,總反應(yīng)中消耗0.5 mol O2,C、D正確。
二、非選擇題(共2題,共30分)
11.(15分)四個化學(xué)小組的同學(xué)測定某Na2CO3固體樣品(僅含NaCl雜質(zhì))的純度,他們提出了各自的氣體分析法。
(1)第一小組用圖1所示裝置,儀器A的名稱為________________,將m1 g混合物與足量稀硫酸反應(yīng)后,測定產(chǎn)生的CO2氣體的體積。實驗開始時需檢查該裝置氣密性,具體的操作方法是
________________________________________________________________________。(4分)
(2)第二小組用圖2所示裝置測定CO2的質(zhì)量。該裝置存在的明顯缺陷是
________________________________________________________________________(填一處)。(2分)
(3)第三小組在第二小組裝置的基礎(chǔ)上,解決了第二小組裝置的問題。所用到的裝置如圖3所示,則裝置的連接順序為a→____________________(填接口字母,圖中儀器可重復(fù)使用)。實驗中取樣品m1 g,稱得干燥管的質(zhì)量為m2 g,樣品與足量稀硫酸反應(yīng)后稱得干燥管的質(zhì)量為m3 g,則Na2CO3的純度表達式為_______________________________________________。(6分)
(4)第四小組設(shè)計用沉淀法來測定。方法是滴加沉淀劑使碳酸鈉轉(zhuǎn)化為沉淀,然后過濾、洗滌、干燥后稱量沉淀質(zhì)量。經(jīng)討論認(rèn)為應(yīng)用Ba(OH)2溶液代替澄清石灰水作沉淀劑,其原因是______(填字母)。(3分)
a.Ba(OH)2比Ca(OH)2便宜
b.Ba(OH)2的溶解度大于Ca(OH)2的,可以增大Ba(OH)2的濃度,無須加入過大體積的沉淀劑
c.相同條件下,CaCO3的溶解度明顯小于BaCO3
d.吸收等量的CO2生成BaCO3的質(zhì)量大于CaCO3,測量誤差小
解析:(3)干燥管增加的質(zhì)量等于生成的CO2的質(zhì)量,為(m3-m2) g,依據(jù)碳元素守恒計算,碳酸鈉的純度為×100%=×100%。
(4)Ca(OH)2比Ba(OH)2便宜,a項錯誤;相同條件下,CaCO3、BaCO3的溶解度相差不大,c項錯誤。
答案:(1)分液漏斗 關(guān)閉分液漏斗的活塞,將注射器活塞拉出一定距離,一段時間后松開活塞,若活塞能回到原位,證明該裝置的氣密性良好
(2)CO2氣體中混有水蒸氣(或空氣中的CO2和水蒸氣會進入干燥管中或裝置中的CO2沒有全部被堿石灰吸收) (3)fgcbdede ×100% (4)bd
12.(15分)(2023·遼寧朝陽一中二模)我國化工專家侯德榜創(chuàng)立了侯氏制堿法,提高了氯化鈉的利用率,利用了水煤氣廠的廢氣氨氣,具有環(huán)保、節(jié)能效果。
(1)“侯氏制堿法”以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3,進而生產(chǎn)出純堿。碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng),能析出碳酸氫鈉晶體的判斷依據(jù)是__________。(2分)
A.碳酸氫鈉難溶于水
B.碳酸氫鈉受熱易分解
C.碳酸氫鈉的溶解度相對較小,在溶液中首先結(jié)晶析出
(2)實驗室里乙同學(xué)利用如圖裝置和現(xiàn)有儀器結(jié)合所學(xué)的知識,減少加熱分解碳酸氫鈉的步驟,用實驗室剩余的NaOH溶液制備碳酸鈉溶液。請回答下列問題:
①要完成制備實驗,除圖中的儀器外還必需的儀器是__________________。(1分)
②最后一步在試管中生成碳酸鈉溶液的離子方程式為
________________________________________________________________________。(2分)
③實驗準(zhǔn)備就緒后,先打開活塞3,關(guān)閉活塞2,再打開活塞1(根據(jù)需要可開關(guān))。一段時間后,應(yīng)該____________________(填具體操作)。則Y可以是
________________________________________________________________________。(4分)
④該實驗設(shè)計有不妥之處,排除混有NaOH或NaHCO3雜質(zhì)外,還可能在制備的碳酸鈉溶液中混有其他雜質(zhì),則該雜質(zhì)及其產(chǎn)生的原因分別是
________________________________________________________________________。(3分)
(3)利用“雙指示劑”滴定的方法測定純堿的組成和含量。取一定量的純堿配成溶液,用鹽酸滴定純堿溶液得到如圖曲線,若純堿中含有的雜質(zhì)為碳酸氫鈉,則數(shù)據(jù)符合______________(用V1、V2的大小關(guān)系表示)。(3分)
解析:(1)碳酸氫鈉是鈉鹽,易溶于水,故不選A;碳酸氫鈉受熱易分解,與其在溶液中首先結(jié)晶析出無關(guān),故不選B;碳酸氫鈉的溶解度相對于氯化銨來說更小一些,所以在溶液中首先結(jié)晶析出,故選C。
(2)①NaOH與足量CO2反應(yīng)生成NaHCO3,NaHCO3轉(zhuǎn)化為碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)NaOH+NaHCO3===Na2CO3+H2O,1NaHCO3~1NaOH,所以需要將NaOH分為兩等份,除圖中的儀器外還必需的儀器是量筒。②最后一步氫氧化鈉和碳酸氫鈉反應(yīng)生成碳酸鈉,反應(yīng)的離子方程式為HCO+OH-===CO+H2O。③先將足量CO2通入右側(cè)試管中,制備NaHCO3溶液,然后再將燒瓶中的小試管里的NaOH排到右側(cè)試管中與先生成的NaHCO3發(fā)生反應(yīng)。因此操作是關(guān)閉活塞3,打開活塞2,為防止CO2溶解于燒瓶中試管內(nèi)的NaOH,用油封的方法,即Y為煤油(或苯)。④圖中制CO2所用的鹽酸揮發(fā),HCl未除,與NaOH易生成雜質(zhì)氯化鈉。
(3)若只有碳酸鈉,加入V1 mL鹽酸發(fā)生反應(yīng)CO+H+===HCO,加入V1~V2 mL鹽酸發(fā)生反應(yīng)HCO+H+===H2O+CO2↑,則2V1=V2,若純堿中含有的雜質(zhì)為碳酸氫鈉,則數(shù)據(jù)符合2V1答案:(1)C
(2) ①量筒 ②HCO+OH-===CO+H2O ③關(guān)閉活塞3,打開活塞2 煤油(或苯) ④因揮發(fā)出來的HCl沒有除去,易生成NaCl雜質(zhì)
(3)(V2-V1)>V1(或V2>2V1)
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第10講 侯氏制堿法與碳酸鈉含量的測定
【備考目標(biāo)】 1.了解侯氏制堿法的原理,并能根據(jù)具體情境遷移應(yīng)用。2.掌握Na2CO3含量的測定方法。
考點1 侯氏制堿法
1.制備原料
食鹽、氨氣、二氧化碳[合成氨廠用水煤氣制取氫氣時的廢氣,其反應(yīng)為C+H2O(g)CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2]。
2.工藝流程
3.反應(yīng)原理
(1)產(chǎn)生NaHCO3的反應(yīng): 。
(2)產(chǎn)生Na2CO3的反應(yīng):__ 。
4.綠色思想
循環(huán)使用的物質(zhì)為CO2、 。
題組練習(xí)
1.(2023·廣東汕頭二模)某實驗小組模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3,下列有關(guān)連接方式正確的是(   )
A.a→d→e→b→c→f→g B.a(chǎn)→b→c→d→e→f→g C.a(chǎn)→c→b→d→e→g→f D.a(chǎn)→f→g→c→b→d→e
2.(2023·內(nèi)蒙古赤峰期末)我國化工專家侯德榜的“侯氏制堿法”為世界制堿工業(yè)做出了突出貢獻,他以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3,進而生產(chǎn)出純堿。某探究活動小組根據(jù)上述制堿原理,進行碳酸氫鈉的制備實驗。
Ⅰ.一位同學(xué)將二氧化碳氣體通入含氨的飽和食鹽水中制備碳酸氫鈉,實驗裝置如圖所示(圖中夾持,調(diào)定用的儀器未畫出)。
試回答下列有關(guān)問題:
(1)乙裝置中的試劑是______________________________________。
(2)丁裝置中稀硫酸的作用是_________________________________________________。
(3)實驗結(jié)束后,分離出NaHCO3晶體的操作是(填分離操作的名稱)________________________________________________________________________。
Ⅱ.另一位同學(xué)用圖中戊裝置(其他裝置未畫出)進行實驗。
(4)實驗時,須先從______管通入氣體______,再從______管中通入氣體________。
(5)有同學(xué)建議在戊裝置的b管下端連接己裝置,理由是___________________________________________。
考點2 碳酸鈉含量的測定
1.氣體法
(1)測定原理:Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑。
依據(jù)CO2的體積確定Na2CO3的物質(zhì)的量,進而確定純堿中Na2CO3的含量。
(2)實驗操作:向m g純堿樣品中加入足量的稀硫酸,準(zhǔn)確測量出產(chǎn)生的CO2氣體的體積為V mL(已折算為標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
(3)數(shù)據(jù)處理
純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量為 mol×106 g·mol-1= g,則純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=%。
2.沉淀法
(1)測定原理:Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl。
依據(jù)BaCO3沉淀的質(zhì)量,確定Na2CO3的物質(zhì)的量,進而確定純堿中Na2CO3的含量。
(2)實驗操作:先將m g純堿樣品溶于水配成溶液,向溶液中加入過量的BaCl2溶液,經(jīng)過濾、洗滌、干燥得BaCO3沉淀的質(zhì)量為n g。
(3)數(shù)據(jù)處理
純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量為×106 g·mol-1= g,則純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=×100%。
【拓展知識】 雙指示劑滴定法(酚酞、甲基橙)
(1)Na2CO3、NaHCO3混合物
①測定原理
先以酚酞作指示劑:Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3;
再以甲基橙作指示劑:NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
②實驗操作
a.準(zhǔn)確稱量樣品m g加蒸餾水配成溶液。
b.向所得溶液中先滴入1~2滴酚酞試液,然后逐滴加入1 mol/L的稀鹽酸,當(dāng)溶液由紅色變成淺紅色且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗鹽酸的體積為V1 mL。
c.再向溶液中滴入1~2滴甲基橙試液,然后逐滴加入1 mol/L的稀鹽酸,當(dāng)溶液由黃色變成橙色且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗鹽酸的體積為V2 mL,且V2>V1>0。
③數(shù)據(jù)處理
樣品中Na2CO3的物質(zhì)的量為1 mol/L×V1×10-3 L=V1×10-3 mol,
則樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=%。
(2)Na2CO3、NaOH的混合物
①測定原理
先以酚酞作指示劑:NaOH+HCl===NaCl+H2O,Na2CO3+HCl===NaHCO3+NaCl;
再以甲基橙作指示劑:NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑。
②實驗操作
a.準(zhǔn)確稱量樣品m g加蒸餾水配成溶液。
b.向所得溶液中先滴入1~2滴酚酞試液,然后逐滴加入1 mol/L 的稀鹽酸,當(dāng)溶液由紅色變成淺紅色且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗鹽酸的體積為V1 mL。
c.再向溶液中滴入1~2滴甲基橙試液,然后逐滴加入1 mol/L 稀鹽酸,溶液由黃色變成橙色,且半分鐘內(nèi)顏色不發(fā)生變化時,消耗的鹽酸的體積為V2 mL,且V1>V2>0。
③數(shù)據(jù)處理
樣品中n(Na2CO3)=NaHCO3消耗的鹽酸的物質(zhì)的量=1 mol/L×V2×10-3L=V2×10-3 mol,樣品中Na2CO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為×100%=%。
題組練習(xí)
1.為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(含少量NaCl),準(zhǔn)確稱量W g樣品進行實驗,下列實驗方法所對應(yīng)的實驗方案和測量數(shù)據(jù)合理的是(   )
選項 實驗方法 實驗方案 測量數(shù)據(jù)
A 滴定法 將樣品配成100 mL溶液,取10 mL,加入酚酞,用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸滴定 消耗鹽酸的體積
B 量氣法 將樣品與鹽酸反應(yīng),生成的氣體全部被堿石灰吸收 堿石灰增加的質(zhì)量
C 重量法 將樣品放入燒瓶中,置于電子天平上,加入足量鹽酸 減少的質(zhì)量
D 量氣法 將樣品與鹽酸反應(yīng),氣體通過排水量氣裝置量氣 排出水的體積
2.實驗室欲測定碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)w(Na2CO3),稱取此混合物5.0 g,溶于水中,配成250 mL溶液。
方案一:沉淀法。利用化學(xué)反應(yīng)把HCO、CO完全轉(zhuǎn)化為沉淀,稱量干燥沉淀的質(zhì)量,由此計算混合物中w(Na2CO3)。
(1)量取100 mL配制好的溶液于燒杯中,滴加足量沉淀劑,把溶液中HCO、CO完全轉(zhuǎn)化為沉淀,應(yīng)選用的試劑是________(填字母)。
A.CaCl2溶液 B.MgSO4溶液 C.NaCl溶液 D.Ba(OH)2溶液
(2)過濾,洗滌沉淀,判斷沉淀是否洗凈的方法是___________________________________________。
(3)將所得沉淀充分干燥,稱量沉淀的質(zhì)量為m g,由此可以計算w(Na2CO3)。如果此步中,沉淀未充分干燥就稱量,則測得w(Na2CO3)________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
方案二:氣體法。某同學(xué)用下列實驗流程測定。
按如圖所示裝置進行實驗:
(1)在裝置C中裝堿石灰來吸收凈化后的氣體,裝置D的作用是________________________________。
(2)有的同學(xué)認(rèn)為,為了減小實驗誤差,應(yīng)在反應(yīng)前后都通入N2,反應(yīng)后通入N2的目的是_________________________________________________________________________。
方案三:滴定法。量取25.00 mL配制好的溶液加入錐形瓶中,滴加2滴酚酞溶液,搖勻,用0.200 0 mol·L-1鹽酸滴定到終點(已知終點時反應(yīng)H++CO===HCO恰好反應(yīng)完全)。重復(fù)此操作2次,消耗鹽酸的平均體積為20.00 mL。
(1)量取25.00 mL配制好的溶液,應(yīng)選擇________儀器來完成。
(2)判斷滴定終點的依據(jù)是__________________________________________________。
(3)此法測得w(Na2CO3)=________。
高考真題
1.(2021·河北高考節(jié)選)化工專家侯德榜發(fā)明的侯氏制堿法為我國純堿工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展做出了重要貢獻,某化學(xué)興趣小組在實驗室中模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3,進一步處理得到產(chǎn)品Na2CO3和NH4Cl,實驗流程如圖:
回答下列問題:
(1)從A~E中選擇合適的儀器制備NaHCO3,正確的連接順序是____________(按氣流方向,用小寫字母表示)。為使A中分液漏斗內(nèi)的稀鹽酸順利滴下,可將分液漏斗上部的玻璃塞打開或________________________________________________________________________。
(2)B中使用霧化裝置的優(yōu)點是____________________________________________。
(3)生成NaHCO3的總反應(yīng)的化學(xué)方程式為____________________________________。
(4)反應(yīng)完成后,將B中U形管內(nèi)的混合物處理得到固體NaHCO3和濾液:
①對固體NaHCO3充分加熱,產(chǎn)生的氣體先通過足量濃硫酸,再通過足量Na2O2,Na2O2增重0.14 g,則固體NaHCO3的質(zhì)量為________g。
②向濾液中加入NaCl粉末,存在NaCl(s)+NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)+NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離,根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度曲線,需采用的操作為________、________、洗滌、干燥。
2.(2021·湖南高考)碳酸鈉俗稱純堿,是一種重要的化工原料。以碳酸氫銨和氯化鈉為原料制備碳酸鈉,并測定產(chǎn)品中少量碳酸氫鈉的含量,過程如下:
步驟Ⅰ.Na2CO3的制備
步驟Ⅱ. 產(chǎn)品中NaHCO3含量的測定
①稱取產(chǎn)品2.500 g,用蒸餾水溶解,定容于250 mL容量瓶中;
②移取25.00 mL上述溶液于錐形瓶中,加入2滴指示劑M,用0.100 0 mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,溶液由紅色變至接近無色(第一滴定終點),消耗鹽酸V1 mL;
③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N,繼續(xù)用0.100 0 mol·L-1鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至終點(第二滴定終點),又消耗鹽酸V2 mL;
④平行測定三次,V1平均值為22.45 mL,V2平均值為23.51 mL。
已知:(ⅰ)當(dāng)溫度超過35 ℃時,NH4HCO3開始分解。
(ⅱ)相關(guān)鹽在不同溫度下的溶解度表(g/100 g H2O)
溫度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
回答下列問題:
(1)步驟Ⅰ中晶體A的化學(xué)式為________,晶體A能夠析出的原因是________________________________。
(2)步驟Ⅰ中“300 ℃加熱”所選用的儀器是________(填字母)。
(3)指示劑N為______________,描述第二滴定終點前后溶液的顏色變化:________________________________________。
(4)產(chǎn)品中NaHCO3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為______(保留三位有效數(shù)字)。
(5)第一滴定終點時,某同學(xué)俯視讀數(shù),其他操作均正確,則NaHCO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算結(jié)果________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。
鞏固練習(xí)
一、選擇題(每題5分,共10題,共50分)
1.侯德榜是我國杰出的化學(xué)家,是侯氏制堿法的創(chuàng)始人。NaCl+CO2+NH3+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl是“侯氏制堿法”的重要反應(yīng)。下面是4位同學(xué)對該反應(yīng)涉及的有關(guān)知識發(fā)表的部分見解,其中不正確的是(   )
A.甲同學(xué)說:該條件下NaHCO3的溶解度較小
B.乙同學(xué)說:NaHCO3不是純堿
C.丙同學(xué)說:析出NaHCO3固體后的溶液中只含氯化銨
D.丁同學(xué)說:該反應(yīng)是在飽和食鹽水中先通入氨氣,再通入二氧化碳
2.(2023·上海奉賢二模)實驗室中利用侯氏制堿法制備Na2CO3和NH4Cl,流程如圖。下列說法正確的是(   )
A.氣體N、M分別為CO2和NH3 B.只有“食鹽水”可以循環(huán)使用
C.為了加速過濾可用玻璃棒攪拌 D.向“母液”中通入NH3有利于析出NH4Cl并提高純度
3.(2023·廣東名校聯(lián)考)侯氏制堿法以NaCl、NH3、CO2為原料制取純堿,將制堿技術(shù)發(fā)展到一個新的水平。下列實驗室模擬侯氏制堿法制取純堿的步驟對應(yīng)的裝置或操作不正確的是(   )
4.(2023·重慶育才中學(xué)期中)侯氏制堿法(聯(lián)合制堿法)工藝流程可用如圖表示。下列有關(guān)說法錯誤的是(   )
A.以海水為原料,經(jīng)分離、提純和濃縮后得到飽和氯化鈉溶液進入吸氨塔
B.該工藝的碳原子利用率理論上為100%
C.氨母液儲罐中的溶質(zhì)主要是NaCl、NH4Cl、NaHCO3
D.在實驗室模擬上述流程,“焙燒”需要使用鐵坩堝、泥三角、三腳架、酒精燈等儀器
5.(2023·江蘇名校模擬)實驗室利用下圖裝置模擬侯氏制堿法制備NaHCO3,下列說法正確的是(   )
A.實驗時應(yīng)先打開活塞a后打開活塞b B.裝置B中應(yīng)盛放飽和Na2CO3溶液以除去HCl雜質(zhì)
C.一段時間后,裝置C中可觀察到白色晶體析出 D.裝置E主要為了吸收多余的CO2
6.(2023·天津南開一模)下列實驗方案中,不能測定出Na2CO3和NaHCO3的混合物中Na2CO3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的是(   )
A.取a g混合物充分加熱,質(zhì)量減少b g
B.取a g混合物與足量稀鹽酸充分反應(yīng),加熱、蒸干、灼燒,得到b g固體
C.取a g混合物與足量Ba(OH)2溶液充分反應(yīng),過濾、洗滌、烘干,得到b g固體
D.取a g混合物與足量稀硫酸充分反應(yīng),逸出氣體用堿石灰吸收,質(zhì)量增加b g
7.實驗室可通過沉淀重量法測定樣品純度,按如圖裝置測定純堿(含少量NaCl)的純度,下列說法正確的是(   )
A.裝置A中試劑應(yīng)為濃硫酸,C中試劑應(yīng)為BaCl2溶液
B.在B、C之間應(yīng)增添盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣裝置,以除去氯化氫氣體
C.只要測定裝置C在吸收CO2前后的質(zhì)量差,就可以確定碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)
D.反應(yīng)結(jié)束后,需經(jīng)過過濾、洗滌、干燥、稱量等操作測定裝置C中沉淀質(zhì)量
8.下圖是為測定過氧化鈉樣品(只含Na2CO3雜質(zhì))純度而設(shè)計的裝置,氣球Q彈性良好。
下列說法正確的是(   )
A.Q中反應(yīng)的離子方程式為CO+2H+===H2O+CO2↑,2O+4H+===2H2O+O2↑
B.測量氣體體積時應(yīng)先關(guān)閉K1、K2,打開K3,反應(yīng)完畢后再緩緩打開K1
C.沒有導(dǎo)管a稀硫酸不易滴下來,而且會導(dǎo)致測量氣體的體積偏大
D.若操作正確,量筒Ⅰ收集x mL水,量筒Ⅱ排出y mL水,則Na2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
9.過碳酸鈉(2Na2CO3·3H2O2)有Na2CO3和H2O2的雙重性質(zhì),可用作漂白劑和氧化劑,能有效殺滅禽流感病毒。合理組合下列裝置能用于測定過碳酸鈉中碳酸鈉的含量,下列說法不正確的是(   )
A.連接順序為裝置Ⅲ→Ⅰ→Ⅱ
B.裝置b和e中盛放的試劑相同
C.裝置d的作用是防止空氣中的H2O和CO2進入裝置c中
D.若裝置b中盛放的是澄清石灰水,只用裝置Ⅰ即可驗證過碳酸鈉與稀硫酸反應(yīng)是否生成CO2(不考慮空氣中CO2的影響)
10.(2023·江蘇南師大附中期末)一種利用有機胺(TBA)聯(lián)合生產(chǎn)碳酸氫鈉和二氯乙烷的工藝流程如圖所示。
下列說法錯誤的是(   )
A.“制堿過程”后通過加熱蒸發(fā)結(jié)晶得到NaHCO3
B.該工藝原子利用率為100%
C.“氯化過程”每生成1 mol C2H4Cl2,總反應(yīng)中消耗0.5 mol O2
D.“胺再生過程”反應(yīng)為4CuCl+O2+4TBA·HCl===4CuCl2+4TBA+2H2O
二、非選擇題(共2題,共30分)
11.(15分)四個化學(xué)小組的同學(xué)測定某Na2CO3固體樣品(僅含NaCl雜質(zhì))的純度,他們提出了各自的氣體分析法。
(1)第一小組用圖1所示裝置,儀器A的名稱為________________,將m1 g混合物與足量稀硫酸反應(yīng)后,測定產(chǎn)生的CO2氣體的體積。實驗開始時需檢查該裝置氣密性,具體的操作方法是
________________________________________________________________________。(4分)
(2)第二小組用圖2所示裝置測定CO2的質(zhì)量。該裝置存在的明顯缺陷是
________________________________________________________________________(填一處)。(2分)
(3)第三小組在第二小組裝置的基礎(chǔ)上,解決了第二小組裝置的問題。所用到的裝置如圖3所示,則裝置的連接順序為a→____________________(填接口字母,圖中儀器可重復(fù)使用)。實驗中取樣品m1 g,稱得干燥管的質(zhì)量為m2 g,樣品與足量稀硫酸反應(yīng)后稱得干燥管的質(zhì)量為m3 g,則Na2CO3的純度表達式為_______________________________________________。(6分)
(4)第四小組設(shè)計用沉淀法來測定。方法是滴加沉淀劑使碳酸鈉轉(zhuǎn)化為沉淀,然后過濾、洗滌、干燥后稱量沉淀質(zhì)量。經(jīng)討論認(rèn)為應(yīng)用Ba(OH)2溶液代替澄清石灰水作沉淀劑,其原因是______(填字母)。(3分)
a.Ba(OH)2比Ca(OH)2便宜
b.Ba(OH)2的溶解度大于Ca(OH)2的,可以增大Ba(OH)2的濃度,無須加入過大體積的沉淀劑
c.相同條件下,CaCO3的溶解度明顯小于BaCO3
d.吸收等量的CO2生成BaCO3的質(zhì)量大于CaCO3,測量誤差小
12.(15分)(2023·遼寧朝陽一中二模)我國化工專家侯德榜創(chuàng)立了侯氏制堿法,提高了氯化鈉的利用率,利用了水煤氣廠的廢氣氨氣,具有環(huán)保、節(jié)能效果。
(1)“侯氏制堿法”以NaCl、NH3、CO2等為原料先制得NaHCO3,進而生產(chǎn)出純堿。碳酸氫銨與飽和食鹽水反應(yīng),能析出碳酸氫鈉晶體的判斷依據(jù)是__________。(2分)
A.碳酸氫鈉難溶于水
B.碳酸氫鈉受熱易分解
C.碳酸氫鈉的溶解度相對較小,在溶液中首先結(jié)晶析出
(2)實驗室里乙同學(xué)利用如圖裝置和現(xiàn)有儀器結(jié)合所學(xué)的知識,減少加熱分解碳酸氫鈉的步驟,用實驗室剩余的NaOH溶液制備碳酸鈉溶液。請回答下列問題:
①要完成制備實驗,除圖中的儀器外還必需的儀器是__________________。(1分)
②最后一步在試管中生成碳酸鈉溶液的離子方程式為
________________________________________________________________________。(2分)
③實驗準(zhǔn)備就緒后,先打開活塞3,關(guān)閉活塞2,再打開活塞1(根據(jù)需要可開關(guān))。一段時間后,應(yīng)該____________________(填具體操作)。則Y可以是
________________________________________________________________________。(4分)
④該實驗設(shè)計有不妥之處,排除混有NaOH或NaHCO3雜質(zhì)外,還可能在制備的碳酸鈉溶液中混有其他雜質(zhì),則該雜質(zhì)及其產(chǎn)生的原因分別是____________________________________________。(3分)
(3)利用“雙指示劑”滴定的方法測定純堿的組成和含量。取一定量的純堿配成溶液,用鹽酸滴定純堿溶液得到如圖曲線,若純堿中含有的雜質(zhì)為碳酸氫鈉,則數(shù)據(jù)符合______________(用V1、V2的大小關(guān)系表示)。(3分)
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