内容正文:
优化探究
大单元二 元素及其化合物
专题4 金属元素及其化合物
热点强化7
侯氏制碱法 碳酸盐含量的测定
1
【讲·热点归纳】
【练·热点突破】
2
【讲·热点归纳】
3
1.侯氏制碱法
(1)制备原料:食盐、氨、二氧化碳。
氨和二氧化碳来自合成氨厂,后者是用水煤气制取氢气时的废气,其化学方程式为C+H2O(g)CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2。
(2)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
(3)绿色思想:循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。
(4)工艺流程
5
2.测定纯碱中碳酸钠质量分数的常用方法
(1)气体法
①测定原理:Na2CO3+H2SO4====Na2SO4+H2O+CO2↑。依据CO2气体的体积,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,故纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%=%。
6
(2)沉淀法
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,故纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%=×100%。
7
(3)滴定法
测定原理(用酚酞作指示剂,用盐酸滴定):当指示剂变色时,发生的反应为Na2CO3+2HCl====2NaCl+H2O+CO2↑,根据消耗标准盐酸的体积,求出Na2CO3的物质的量,进一步求其含量。
8
【练·热点突破】
9
1.实验室可通过沉淀重量法测定样品纯度,按如图装置测定纯碱(含少量
NaCl)的纯度,下列说法正确的是( )
2
3
1
A.装置A中试剂应为浓硫酸,C中试剂应为
BaCl2溶液
B.在B、C之间应增添盛有饱和NaHCO3溶液
的洗气装置,以除去氯化氢气体
C.只要测定装置C在吸收CO2前后的质量差,就可以确定碳酸钠的质量
分数
D.反应结束后,需经过过滤、洗涤、干燥、称量等操作测定装置C中沉
淀质量
D
10
解析:为了防止空气中的二氧化碳对实验
的影响,需先通过装置A吸收空气中的二
氧化碳,则装置A中的试剂为NaOH溶液,
C中的试剂应能与二氧化碳反应生成沉淀,
应为Ba(OH)2溶液,故A错误;若B、C之间
添加盛有饱和NaHCO3溶液的洗气瓶,挥发出的HCl气体会和NaHCO3反应生成CO2气体,对测定纯碱纯度会有影响,故B错误;盐酸易挥发,
B中可能有HCl、H2O进入C中,不能通过测定装置C在吸收CO2前后的质量差来确定CO2的质量,应通过测量C中产生的沉淀质量来确定碳酸钠的质量分数,故C错误;沉淀表面可能附着少量水分和溶于水的杂质,应经过过滤、洗涤、干燥、称量等操作测定装置C中沉淀质量,故D正确。
2
3
1
11
2.(2026·江苏南京模拟)侯氏制碱法又称联合制碱法,是由我国化学家
侯德榜发明。侯氏制碱法的过程如图所示。下列说法不正确的是( )
2
3
1
A.气体Y是CO2
B.“吸收Ⅱ”时反应的化学方程式为NaCl+CO2+NH3+H2O==== NaHCO3↓+NH4Cl
C.向小苏打溶液中滴加过量的Ca(OH)2溶液时,反应的离子方程式为2HC+2OH-+Ca2+====CaCO3↓++2H2O
D.向滤液中加入一定量的NaCl固体并通入氨气可析出NH4Cl固体
C
12
解析:饱和NaCl溶液中先通入NH3,此时溶液呈碱性,随后通入CO2,此时NaCl、NH3、CO2和H2O反应生成NaHCO3和NH4Cl,该条件下碳酸氢钠在水中的溶解度较小,结晶析出,过滤得到碳酸氢钠固体,煅烧碳酸氢钠得到碳酸钠,滤液中含有氯化铵,氯化铵经过蒸发浓缩、冷却结晶等操作得到NH4Cl固体,据此分析。根据分析可知,气体Y为CO2,
A 正确;“吸收Ⅱ”时,NaCl、NH3、CO2和H2O反应生成NaHCO3和NH4Cl,NaHCO3此条件下在水中溶解度较小,结晶析出,化学方程式正确,B正确;向小苏打溶液中滴加过量的氢氧化钙溶液,反应的离子方程式为HC+OH-+Ca2+====CaCO3↓+H2O,C错误;滤液为NH4Cl溶液,加入一定量的NaCl固体并通入NH3,增大了c(Cl-)、c(N),都有利于NH4Cl结晶析出,故可析出NH4Cl固体,D正确。
2
3
1
13
2
3
1
3.(2025·安徽卷)侯氏制碱法以NaCl、CO2和NH3为反应物制备纯碱。某实验小组在侯氏制碱法基础上,以NaCl和NH4HCO3为反应物,在实验室制备纯碱,步骤如下:
①配制饱和食盐水;
②在水浴加热下,将一定量研细的NH4HCO3加入饱和食盐水中,搅拌,使NH4HCO3溶解,静置,析出NaHCO3晶体;
③将NaHCO3晶体减压过滤、煅烧,得到Na2CO3固体。
14
2
3
1
回答下列问题:
(1)步骤②中NH4HCO3需研细后加入,目的是________________________
。
加快NH4HCO3溶解、
加快NH4HCO3与NaCl反应
15
2
3
1
解析:本题以NaCl和NH4HCO3为反应物,在实验室制备纯碱。考查了配制饱和溶液的方法及所用的试剂;用NH4HCO3代替CO2和NH3,使工艺变得简单易行,原料利用率较高,且环保、制备效率较高;滴定分析中利用了碳酸钠与盐酸反应分步进行,根据两个滴定终点所消耗的盐酸用量分析产品的成分;通过对比实验可以发现CO2的充分溶解对NaHCO3的生成有利。(1)固体的颗粒越小,其溶解速率越大,且其与其他物质反应的速率越大,因此,步骤②中NH4HCO3需研细后加入,目的是加快NH4HCO3溶解、加快NH4HCO3与NaCl反应。
16
2
3
1
(2)在实验室使用NH4HCO3代替CO2和NH3制备纯碱,优点是
__________________________________________________。
操作简单、反应高效、原料利用率较高、无环境污染
解析:CO2和NH3在水中可以发生反应生成NH4HCO3,但是存在CO2和NH3的储存不方便或者需要两套气体发生装置现制,因气体不能完全溶解导致气体利用率低、氨气会造成环境污染等问题,因此,在实验室使用NH4HCO3代替CO2和NH3制备纯碱,其优点是操作简单、反应高效、原料利用率高、无环境污染等。
17
2
3
1
(3)已知常温下Na2CO3和NaHCO3的溶解度分别为30.7 g和10.3 g。向饱和Na2CO3溶液中持续通入CO2气体会产生NaHCO3晶体。实验小组进行相应探究:
实验 操作 现象
a 将CO2匀速通入置于烧杯中的20 mL饱和Na2CO3溶液,持续20 min,消耗600 mL CO2 无明显现象
b 将20 mL饱和Na2CO3溶液注入充满CO2的500 mL矿泉水瓶中,密闭,剧烈摇动矿泉水瓶1~
2 min,静置 矿泉水瓶变瘪,
3 min后开始有白色晶体析出
18
2
3
1
①实验a无明显现象的原因是_____________________________________
______________________________________________________________
。
CO2在饱和Na2CO3溶液中的溶解速率小、溶解量小,且两者发生反应的速率也较小,生成的NaHCO3的量较少,
NaHCO3在该溶液中没有达到过饱和状态,故不能析出晶体
解析:实验a无明显现象的原因是CO2在饱和Na2CO3溶液中的溶解速率小、溶解量小,且两者发生反应的速率也较小,生成的NaHCO3的量较少,NaHCO3在该溶液中没有达到过饱和状态,故不能析出晶体。
19
2
3
1
②析出的白色晶体可能同时含有NaHCO3和Na2CO3·10H2O。称取0.42 g晾干后的白色晶体,加热至恒重,将产生的气体依次通过足量的无水CaCl2和NaOH溶液,NaOH溶液增重0.088 g,则白色晶体中NaHCO3的质量分数为 。
80%
20
2
3
1
解析:析出的白色晶体可能同时含有NaHCO3和Na2CO3·10H2O。称取
0.42 g晾干后的白色晶体,加热至恒重,将产生的气体依次通过足量的无水CaCl2和NaOH溶液。NaHCO3受热分解生成的气体中有H2O和CO2,而Na2CO3·10H2O分解产生的气体中只有H2O,无水CaCl2可以吸收分解产生的H2O,NaOH溶液可以吸收分解产生的CO2;NaOH溶液增重0.088 g,则分解产生的CO2的质量为0.088 g,其物质的量为=0.002 mol,由2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑可知,NaHCO3的物质的量为0.004 mol,则白色晶体中NaHCO3的质量为0.004 mol×84 g·mol-1=0.336 g,故其质量分数为×100%=80%。
21
$