2025届高三化学二轮复习 讲义　侯氏制碱法与碳酸钠质量分数的测定

侯氏制碱法与碳酸钠质量分数的测定 一、侯氏制碱法 1.制备原料 食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气；其反应为C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2。 2.工艺流程 3.反应原理 (1)产生NaHCO3的反应：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。 (2)产生Na2CO3的反应：2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑。 4.绿色思想 循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。 1.(2023·苏州考前模拟)侯氏制碱法原理为NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl。下列有关模拟侯氏制碱法的实验原理和装置能达到实验目的的是(　　) A.制取氨气 B.制NaHCO3 C.分离NaHCO3 D.制Na2CO3 2.(2021·河北卷)化工专家侯德榜发明的侯氏制碱法为我国纯碱工业和国民经济发展做出了重要贡献。某化学兴趣小组在实验室中模拟并改进侯氏制碱法制备NaHCO3，进一步处理得到产品Na2CO3和NH4Cl。实验流程如图： 回答下列问题： (1)从A～E中选择合适的仪器制备NaHCO3，正确的连接顺序是________(按气流方向，用小写字母表示)。为使A中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下，可将分液漏斗上部的玻璃塞打开或___________________________________________。 (2)B中使用雾化装置的优点是___________________________________________。 (3)生成NaHCO3的总反应的化学方程式为___________________________________________。 (4)反应完成后，将B中U形管内的混合物处理得到固体NaHCO3和滤液： ①对固体NaHCO3充分加热，产生的气体先通过足量浓硫酸，再通过足量Na2O2，Na2O2增重0.14 g，则固体NaHCO3的质量为________ g。 ②向滤液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)―→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)过程。为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，根据NaCl和NH4Cl溶解度曲线，需采用的操作为________________、________________、洗涤、干燥。 二、测定碳酸钠质量分数的常用方法 1.气体法(假设杂质为NaCl) (1)测定原理：Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋H2O＋CO2↑。 依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。 (2)实验操作：向m g纯碱样品中加入足量的稀硫酸，准确测量产生CO2气体的体积为V mL(已折算为标准状况)。 (3)数据处理 纯碱样品中Na2CO3的质量为 mol×106 g·mol－1＝ g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝%。 2.沉淀法(假设杂质为NaCl) (1)测定原理：Na2CO3＋BaCl2===BaCO3↓＋2NaCl。 依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的含量。 (2)实验操作：先将m g纯碱样品溶于水配成溶液，向溶液中加入过量的BaCl2溶液，经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为n g。 (3)数据处理 纯碱样品中Na2CO3的质量为×106 g·mol－1＝ g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%＝×100%。 3.双指示剂滴定法(以Na2CO3、NaHCO3混合物为例) (1)在混合物的试液中先加入酚酞指示剂，此时溶液呈红色，用盐酸标准溶液滴定至溶液刚好褪色，这是第一滴定终点。Na2CO3被滴定成NaHCO3。滴定反应为：Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，设在第一滴定终点时消耗的盐酸标准溶液的体积为V1 (mL)。 (2)再加入甲基橙指示剂，继续用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色即为终点。此时NaHCO3被滴定成H2CO3，反应式为NaHCO3＋HCl===NaCl＋H2O＋CO2↑，设此阶段消耗盐酸标准溶液的体积为V2 (mL)。 (3)根据V1和V2可以计算出混合物样品中Na2CO3、NaHCO3两种物质的含量。 1.下列测定Na2CO3和NaHCO3固体混合物中NaHCO3质量分数的实验方案，合理的是(　　) ①取m g混合物与过量氢氧化钠溶液充分反应，加热、蒸干、灼烧，得n g固体 ②取m g混合物充分加热，减重n g ③取m g混合物与过量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重n g ④取m g混合物与过量Ba(OH)2溶液充分反应，过滤、洗涤、干燥，得n g固体 A.①② B.②③ C.②④ D.③④ 2.为测定产品中Na2CO3的质量分数(已知杂质为NaHCO3)，设计了下列三种实验方案进行探究。 方案一：样品经加热后测定剩余固体质量，并计算Na2CO3的质量分数。 (1)加热样品所选用的仪器是_____________ (填字母)。 方案二：通过加热分解得到的CO2质量进行计算。某同学设计的实验装置示意图如下： (2)A中反应的化学方程式为_________________________________， 若装置C中碱石灰增重m1 g。则混合样品中碳酸钠的质量分数为___________________________________________。 方案三：将一定质量的样品与足量稀硫酸反应，通过称量反应前后盛有碱石灰的干燥管质量，利用其质量差计算碳酸钠的质量分数。连接好的实验装置如图： 该实验的操作步骤： ①___________________________________________； ②取一定量样品装入广口瓶中； ③打开止水夹，缓慢鼓入空气数分钟； ④关闭止水夹，在干燥管内填满碱石灰，称量干燥管A质量； ⑤缓慢加入稀硫酸至不再产生气体为止； ⑥打开止水夹，缓慢鼓入空气数分钟，再称量干燥管A质量。 (3)操作①为___________________________________________。 (4)NaOH溶液(足量)中发生反应的离子方程式为__________________________。 (5)装置中有两支盛放碱石灰的干燥管(图中A和B)，若只保留干燥管A将会使碳酸钠的质量分数的计算结果________(填“偏大”或“偏小”)。理由是 侯氏制碱法与碳酸钠质量分数的测定 一、 培优专练 1.C　[A.直接加热NH4Cl固体无法制得氨气，应加热NH4Cl与消石灰[Ca(OH)2]固体混合物制备氨气，故A错误；B.制备NH4HCO3时，应将CO2通入溶有NH3的饱和食盐水中，否则无法制得NaHCO3，故B错误；C.分离NaHCO3固体时，应用过滤的方法分离，故C正确；D.NaHCO3受热分解制备Na2CO3时，应在试管或坩埚中加热NaHCO3，不能在烧杯中加热NaHCO3，故D错误。] 2.(1)aefbcg　将分液漏斗上部玻璃塞上的凹槽与分液漏斗上端的小孔对齐　(2)增大接触面积，使反应更充分 (3)CO2＋NH3＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl (4)①0.84　②降温结晶　过滤 解析　(1)制备NaHCO3的具体过程为先制备CO2，再除去杂质HCl，然后将纯净的CO2通入饱和氨盐水中制得NaHCO3，最后用NaOH溶液处理多余的CO2，所以装置的连接顺序为aefbcg。分液漏斗使用前需要让其与大气连通，否则液体无法滴落，所以为使A中分液漏斗内的稀盐酸顺利滴下，需要打开分液漏斗上部的玻璃塞，或者将分液漏斗上部玻璃塞上的凹槽与分液漏斗上端的小孔对齐。(2)雾化装置可以增大接触面积，使饱和氨盐水与CO2充分接触，使反应更充分。(3)生成NaHCO3的总反应的化学方程式为CO2＋NH3 ＋NaCl＋H2O ===NaHCO3↓＋NH4Cl。(4)①1 mol CO2与足量Na2O2反应，最终Na2O2增重的质量相当于1 mol CO的质量，假设固体NaHCO3的质量为x g，可列如下关系式： 则＝，解得x＝0.84。②根据题图中NaCl和NH4Cl的溶解度曲线可知，NH4Cl的溶解度随温度的升高变化较大，而NaCl的溶解度随温度的升高变化不大，为使NH4Cl沉淀充分析出并分离，需采用的操作为降温结晶、过滤、洗涤、干燥。 二、 培优专练 1.C　[①氢氧化钠过量，在加热、蒸干、灼烧过程中可生成Na2CO3，则NaHCO3分解的质量不确定，错误；②碳酸氢钠不稳定，加热分解，利用固体差量法即可计算出固体中碳酸氢钠的质量，正确；③碱石灰吸收二氧化碳和水，CO2中混有水蒸气，影响计算，故应先把水蒸气排除才合理，错误；④n g固体为碳酸钡，假设碳酸氢钠、碳酸钠分别为x mol、y mol，可根据碳元素守恒，分别列出84x＋106y＝m、197(x＋y)＝n求出碳酸钠和碳酸氢钠的质量，进而可确定碳酸氢钠的质量分数。] 2.(1)B (2)2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑　×100% (3)检查装置气密性　(4)2OH-＋CO2===CO＋H2O (5)偏小　去掉B将会使A增重偏大，A的作用为吸收生成的CO2，相同质量时碳酸氢钠生成CO2较多，即A增重越多NaHCO3越多，则Na2CO3越少 解析　(1)加热碳酸氢钠固体分解，加热样品所选用的仪器是坩埚；(2)A中发生的是碳酸氢钠受热分解，反应的化学方程式为2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，若装置C中碱石灰增重m1 g，即生成的CO2为m1 g，设碳酸氢钠的质量为m2，则由 ， 得m2＝＝，则混合样品中碳酸钠的质量分数为×100%＝×100%；(3)连接好实验装置第一步应该是检查装置气密性，保证装置气密性良好才能做后续实验；(4)先把空气通过NaOH溶液是为了吸收空气中的CO2，减少实验误差，离子方程式为2OH-＋CO2===CO＋H2O；(5)装置A是吸收碳酸氢钠反应生成的CO2，装置B是吸收空气中的CO2，若只保留干燥管A，会把反应生成的CO2和空气中的CO2全部吸收，会使计算得出的碳酸氢钠质量分数偏大，计算出的碳酸钠质量分数偏小。 集训真题　走进高考 1.C　[A.钠导热性好，液态钠可用作核反应堆的传热介质，A正确；B.Na2CO3溶液呈碱性，可使油污水解成易溶于水的物质除去，B正确；C.NaHCO3能与胃酸中HCl反应生成二氧化碳，因此可以用于治疗胃酸过多，与其不稳定性无关，C错误；D.过氧化钠能与二氧化碳反应生成氧气，同时可吸收人体呼出的二氧化碳和水蒸气，可作潜水艇中的供氧剂，D正确。] 2.A　[A.石灰水的主要成分为Ca(OH)2，能分别与碳酸钠和碳酸氢钠反应生成碳酸钙，二者均生成白色沉淀，不能达到鉴别的目的，A错误；B.Fe2＋变质后会生成Fe3＋，可以利用KSCN溶液鉴别，现象为溶液变成红色，可以达到检验的目的，B正确；C.Na2SO3被氧化后会变成Na2SO4，加入盐酸酸化的BaCl2后可以产生白色沉淀，可以用来检验Na2SO3是否被氧化，C正确；D.含有醛基的物质可以与银氨溶液反应生成银单质，可以用银氨溶液来检验乙醇中混有的乙醛，D正确。] 3.A　[A.眼睛溅进酸液，先用大量水冲洗，再用3%～5%的碳酸氢钠溶液冲洗，A错误；B.立即用大量水冲洗，尽可能减少碱对皮肤的伤害，再用2%的硼酸中和残余的碱，B正确；C.电器起火，先切断电源，再用二氧化碳灭火器灭火，C正确；D.活泼金属会与水反应，所以燃烧起火，用灭火毯(石棉布)灭火，D正确。] 4.B　[铅笔芯的主要成分为石墨，不含二氧化铅，A错误；碳酸氢钠不稳定，受热易分解产生二氧化碳，能使面团松软，可做食品膨松剂，B正确；青铜是在纯铜(紫铜)中加入锡或铅所组成的合金，黄铜是由铜和锌所组成的合金，两者均属于混合物，不是铜单质，C错误；钠及其化合物灼烧火焰显黄色，D错误。] 5.A　[A.逸出气体含有水蒸气，不能测定；B.最后得到的是氯化钠，可以测定；C.最后得到的是碳酸钠，可以测定；D.最后得到的是碳酸钡，可以测定。] 6.(1)NaHCO3　30～35 ℃，NaHCO3的溶解度小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度　(2)D　(3)甲基橙　溶液由黄色变为橙色，且半分钟内不变色　(4)3.56%　(5)偏大 解析　(1)根据相关盐在不同温度下的溶解度可知。30～35 ℃，NaHCO3的溶解度明显小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度，因此NaHCO3在步骤Ⅰ中结晶析出。(2)300 ℃给固体加热选用的仪器应为坩埚。(3)本题中测定碳酸氢钠含量采用了双指示剂滴定法，第一滴定过程以酚酞为指示剂，Na2CO3转化为NaHCO3，第二滴定过程以甲基橙为指示剂，NaHCO3转化为NaCl、CO2和H2O，所以第二滴定终点前后溶液由黄色变为橙色，且半分钟内不变色。(4)由(3)的分析过程可知，25.00 mL待测液中所含NaHCO3的物质的量为0.100 0 mol·L-1×(V2-V1)×10-3 L，则2.500 g产品中所含NaHCO3的质量为84 g·mol-1××0.100 0 mol·L-1×(23.51-22.45)×10-3 L≈0.089 g，则产品中NaHCO3的质量分数＝×100%≈3.56%。(5)第一次滴定终点时，俯视读数，导致测得的V1偏小，NaHCO3质量分数的计算结果偏大。 学科网（北京）股份有限公司 $$