第4章 微课题7 侯氏制碱法与碳酸钠质量分数的测定(教用Word)-【金榜题名】2026年高考化学一轮总复习

微课题7　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．实验室用下列装置模拟侯氏制碱法制取少量NaHCO3固体。不能达到实验目的的是(　　) A.装置Ⅰ制取CO2 B．装置Ⅱ中Na2CO3溶液可除去CO2中的少量HCl C．装置Ⅲ中冰水浴有利于析出NaHCO3固体 D．装置Ⅳ可获得少量NaHCO3固体 答案　B 解析　A．在装置Ⅰ中利用稀盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水，可制取CO2，选项A正确；B.除去CO2中的少量HCl必须用饱和碳酸氢钠溶液，装置Ⅱ中Na2CO3溶液可与二氧化碳反应，选项B错误；C.装置Ⅲ中冰水浴使温度降低，有利于析出NaHCO3固体，选项C正确；D.通过过滤利用装置Ⅳ可获得少量NaHCO3固体，选项D正确；答案选B。 2．1943年我国化工专家侯德榜创立了“侯氏制碱法”，提高了氯化钠的利用率，利用了水煤气厂的废气氨气，具有环保、节能效果。 (1)“侯氏制碱法”以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。碳酸氢铵与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的判断依据是　　　。 A．碳酸氢钠难溶于水 B．碳酸氢钠受热易分解 C．碳酸氢钠的溶解度相对较小，在溶液中首先结晶析出 (2)在实验室里甲同学做完氨喷泉实验的溶液配成含氨的饱和和食盐水，向其中通入二氧化碳，以制备碳酸氢钠，实验装置如下图①所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）。 ①丁装置中稀硫酸的作用是________________________________________________________________________。 ②实验结束后，分离出NaHCO3晶体的操作是　　　　　　　（填分离操作的名称）。 (3)实验室里乙同学利用图②装置和现有仪器结合所学的知识，减少加热分解碳酸氢钠的步骤，用实验室剩余NaOH溶液制备碳酸钠溶液。请回答下列问题： ①要完成制备实验，除图②装置中的仪器外还必需的仪器是　　　　　　。 ②写出最后一步在试管中生成碳酸钠溶液的离子反应方程式为　　　　　　。 ③实验准备就绪后，先打开活塞3，关闭活塞2，再打开活塞1（根据需要可关开）。一段时间后，应该　　　　　　　（填具体操作）。则Y可以是　　　　　　　。 ④该实验设计有不妥之处，排除混有NaOH或NaHCO3杂质外，还可能在制备的碳酸钠溶液中混有其他杂质，则该杂质及其产生的原因分别是　　　　　　　。 (4)利用“双指示剂”滴定方法测定纯碱组成和含量。取一定量的纯碱配成溶液，用盐酸滴定纯碱溶液得到图③曲线，若纯碱中含有的杂质为碳酸氢钠，则数据符合　　　　　　（用V1、V2大小关系表示）。 答案　(1)C (2)吸收未反应的NH3　过滤 (3)量筒　HCO＋OH－===CO＋H2O　关闭活塞3，打开活塞2　煤油或苯　因挥发出来HCl没有除去，易产成NaCl杂质 (4)(V2－V1)>V1或V2>2V1 解析　工业上“侯氏制碱法”是在饱和食盐水中依次通入氨气和二氧化碳，由于氨气在水中的溶解度大，所以先通入氨气，通入足量的氨气后再通入二氧化碳，生成了碳酸氢钠，由于碳酸氢钠的溶解度较小，所以溶液中有碳酸氢钠晶体析出，将碳酸氢钠晶体加热后得纯碱碳酸钠，据此分析解答。(1)A.碳酸氢钠是钠盐易溶于水，故不选A；B.碳酸氢钠受热易分解，与其在溶液中首先结晶析出无关，故不选B；C.碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说碳酸氢钠的溶解度更小一些，所以在溶液中首先结晶析出，故选C；选C。(2)氨气易挥发，丁装置中稀硫酸的作用是吸收未反应的NH3，防止污染。②实验结束后，NaHCO3结晶析出，分离出NaHCO3晶体的操作是过滤。(3)NaOH与足量CO2很容易转化为NaHCO3溶液，NaHCO3转化为碳酸钠发生反应NaOH＋NaHCO3===Na2CO3＋H2O, 1NaHCO3～1NaOH，所以需要将NaOH分为两等份，除图②装置中的仪器外还必需的仪器是量筒。②最后一步氢氧化钠和碳酸氢钠反应生成碳酸钠，反应的离子反应方程式为HCO＋OH－===CO＋H2O。先将足量CO2通入右侧试管中，制备NaHCO3溶液，然后再将烧瓶中的小试管里的NaOH排到烧杯中与先生成的NaHCO3发生反应。因此操作是关闭活塞3，打开活塞2，为防止CO2溶解于烧瓶中试管内的NaOH，用油封的方法，即Y为煤油（或苯）；图二的设计中制CO2所用的盐酸挥发，HCl未除，与NaOH易生成杂质氯化钠。(4)若只有碳酸钠，加入V1 mL盐酸发生反应CO＋H＋===HCO，加入V1～V2 mL盐酸发生反应HCO＋H＋===H2O＋CO2↑，则2V1＝V2，若纯碱中含有的杂质为碳酸氢钠，则数据符合2V1<V2。 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．下列实验方案中，不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是(　　) A．取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克 B．取a克混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b克固体 C．取a克混合物充分加热，减重b克 D．取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b克固体 答案　A 解析　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；答案选A。 2．为测定Na2CO3·10H2O、NaHCO3的混合物中NaHCO3的含量，设计如下实验：取一定质量的混合物，通过测量反应前后③装置质量的变化，测定该混合物中NaHCO3的质量分数。 完成下列问题： (1)U型管①②③盛装的均为固态物质，可选试剂依次为　　　　　　　（选填编号）。U型管③吸收的气体为　　　　　。 a．碱石灰 b．无水氯化钙 c．无水硫酸铜 (2)干燥管中无水硫酸铜的作用是　　　　　。实验装置最后的干燥管中碱石灰的作用　　　　　　　　　　。 (3)实验停止加热后，继续通入空气一段时间的原因是________________________________________________________________________。 (4)再设计一种测定上述混合物中NaHCO3含量的方案，并注明需要测定的物理量________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案　(1)a　b　a　CO2 (2)检验水蒸气是否已经被完全除去　防止空气中的CO2和水蒸气被③吸收，导致③质量增大 (3)将反应产生的CO2全部赶入装置③ (4)方案一：取样品m克配成100 mL溶液，取出20 mL溶液用一定浓度标准盐酸进行滴定（用甲基橙或酚酞作指示），消耗盐酸V mL，数据处理或方案二：取样品m1克，置于已知质量的坩埚中灼烧、冷却、称量，并做恒重操作得m2克，数据处理 解析　根据实验装置图可知，该实验方案的原理是：加热样品，发生反应Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O、2NaHCO3Na2CO3＋H2O＋CO2↑，通过测定样品受热产生的CO2的质量确定NaHCO3的含量；为了使CO2测量准确，加热样品前要先通入空气，经U型管①吸收空气中的CO2和H2O(g)，用不含CO2和H2O(g)的空气排尽装置中的空气，然后对样品加热，使样品充分反应，U型管②吸收反应生成的H2O(g)，无水硫酸铜用于检验反应生成的H2O(g)是否被完全吸收，U型管③吸收反应生成的CO2，U型管③反应前后增加的质量即为反应生成的CO2的质量；为使反应生成的CO2在U型管③中全部被吸收，停止加热后需继续通入一段时间的空气将反应产生的CO2全部赶入U型管③中；为防止外界空气的CO2和H2O(g)进入U型管③中，最后干燥管中的碱石灰用于吸收外界空气中的CO2和水蒸气；(1) U型管①②③盛装的均为固态物质，根据分析，U型管①中试剂用于吸收空气中的CO2和H2O(g)，选用碱石灰，选a；U型管②中试剂用于吸收反应生成的H2O(g)、不吸收CO2，选用无水CaCl2，选b；U型管③中试剂用于吸收反应生成的CO2，选用碱石灰，选a；故答案为：a；b；a；CO2。(2)为使CO2的测量准确，U型管②必须将反应生成的H2O(g)完全吸收，故干燥管中无水硫酸铜的作用是检验水蒸气是否已经被完全除去，若被完全除去，则无水硫酸铜不变蓝；实验装置最后的干燥管中碱石灰的作用是防止外界空气中的CO2和水蒸气被③吸收，导致③质量增大；故答案为：检验水蒸气是否已经被完全除去；防止空气中的CO2和水蒸气被③吸收，导致③质量增大。(3)停止加热后，有部分CO2残留在硬质玻璃管、U型管②、导管中等，继续通入空气一段时间可将反应产生的CO2全部赶入装置③，使反应生成的CO2全部被③中碱石灰吸收；故答案为：将反应产生的CO2全部赶入装置③。(4)常用的测定混合物含量的实验方法有：滴定分析法、重量分析法等；根据Na2CO3·10H2O和NaHCO3的性质，可采用滴定分析法，实验方案为：取样品m克配成100 mL溶液，取出20 mL溶液用一定浓度标准盐酸进行滴定（用甲基橙或酚酞作指示），消耗盐酸V mL，数据处理；也可采用重量分析法，实验方案为：取样品m1克，置于已知质量的坩埚中灼烧、冷却、称量，并做恒重操作得m2克，数据处理；故答案为：方案一：取样品m克配成100 mL溶液，取出20 mL溶液用一定浓度标准盐酸进行滴定（用甲基橙或酚酞作指示），消耗盐酸V mL，数据处理或方案二：取样品m1克，置于已知质量的坩埚中灼烧、冷却、称量，并做恒重操作得m2克，数据处理。 学科网（北京）股份有限公司 $$