Question

4．某化學興趣小組在學習了候氏聯合制堿法后，運用下圖實驗裝置和其他實驗設備成功制得了純堿--碳酸鈉．
【查閱資料】：
（1）實驗原理：NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl（向飽和粗食鹽水中通入足量氨氣至飽和，然后通入二氧化碳，得到溶解度較小的碳酸氫鈉白色沉淀和氯化銨溶液）．
（2）2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（3）實驗裝置如圖
【實驗步驟】：
（1）準備：稱取8g 粗鹽，加入到30mL的飽和氨水中，配制飽和氨化粗鹽水于大試管中．如圖搭好裝置并檢查氣密性．稱取50g碳酸鈣粉末于圓底燒瓶中，再量取100mL的稀硫酸于玻璃容器中．
（2）制備：將裝有配制好的飽和氨化粗鹽水的試管浸入冰水中，向其中通入二氧化碳氣體約5分鐘看到沉淀，約10分鐘時產生大量白色沉淀．你覺得燒杯中冰水的主要作用是降溫有利于NaHCO₃晶體析出．實驗結束后將產物過濾，濾渣洗滌、晾干．取少量樣品與氫氧化鈉溶液混合后加熱，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗，不變色即可證明濾渣不含銨鹽；剩余固體濾渣放入蒸發(fā)皿中直接灼燒，還需要的玻璃儀器是玻璃棒，所起的作用攪拌均勻受熱．最后將蒸發(fā)皿中白色固體冷卻既得純堿碳酸鈉．
【反思與拓展】：
（3）實驗室常選用大理石和稀鹽酸制取二氧化碳氣體，通常不用稀硫酸是因為生成微溶CaSO₄阻止反應持續(xù)進行．本實驗中用碳酸鈣粉末和稀硫酸也能得到穩(wěn)定持續(xù)的二氧化碳氣體，因為接觸面積變大加快了反應．寫出化學方程式CaCO₃+H₂SO₄═CaSO₄+CO₂↑+H₂O．
（4）假設實驗過程中50g 碳酸鈣粉末和100mL稀硫酸在圓底燒瓶中能恰好完全反應（二氧化碳氣體全部逸出），試計算：（寫出計算過程）
①生成二氧化碳的質量；
②若通入大試管的二氧化碳實際利用率為50%，則最多可以生成碳酸氫鈉多少g？

Answer 1

分析 （1）制取氣體之前需要檢查氣密性；
（2）根據NaHCO₃的溶解度分析，根據銨根離子的檢驗分析，結合結合蒸發(fā)操作分析；
（3）稀硫酸和大理石反應，會生成硫酸鈣，覆在大理石表面，阻止進一步的反應； 接觸面積變大可以加速反應進行；
（4）由碳酸鈣的質量根據碳酸鈣與硫酸反應的化學方程式可以計算出生成二氧化碳的質量和碳酸氫鈉的質量．

解答 解：（1）制取氣體之前需要檢查氣密性；
（2）NaHCO₃的溶解度隨溫度的升高而增大，冰水降溫有利于NaHCO₃晶體析出；銨鹽與氫氧化鈉反應生成氨氣，可以使用濕潤的紅色石蕊試紙來檢驗；蒸發(fā)操作中玻璃棒的作用是攪拌使物質均勻受熱；
（3）稀硫酸和大理石反應，會生成硫酸鈣，覆在大理石表面，阻止進一步的反應；碳酸鈣粉末和稀硫酸也能得到穩(wěn)定持續(xù)的二氧化碳氣體，是因為接觸面積變大加快了反應，化學方程式為CaCO₃+H₂SO₄═CaSO₄+CO₂↑+H₂O；
（4）設生成二氧化碳的質量為x，最多可以生成碳酸氫鈉質量為y．
CaCO₃+H₂SO₄═CaSO₄+CO₂↑+H₂O
100                44
50g                x
$\frac{100}{50g}$=$\frac{44}{x}$
x=22g
NH₃+CO₂+H₂O+NaCl═NaHCO₃↓+NH₄Cl
    44             84
22g×50%           y
$\frac{44}{22g×50%}$=$\frac{84}{y}$
 y=21g
故答案為：（1）檢查氣密性；
（2）降溫有利于NaHCO₃晶體析出；  濕潤的紅色石蕊試紙； 玻璃棒； 攪拌均勻受熱
（3）生成微溶CaSO₄阻止反應持續(xù)進行； 接觸面積變大加快了反應；
CaCO₃+H₂SO₄═CaSO₄+CO₂↑+H₂O；
（4）22g；21g

點評 本題充分考查利用課本知識解決新問題能力，能加深學生對課本知識的理解，訓練學生的思維能力、分析解決問題的能力，難度稍大．