第11讲　纯碱的制备与实验测定(能力课)（共31张PPT）-2024届高考化学一轮复习

(共31张PPT)
第11讲　纯碱的制备与实验测定
(能力课)
第二部分　元素及其化合物
第三章　金属及其化合物
　　　　　 1.侯氏制碱法的原理及问题分析。　2.Na2CO3、NaHCO3的实验测定的探究。
考点一　侯氏制碱法的原理及问题分析
核心知能突破
关键能力训练
01
1．工艺流程
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：2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O。　
3．绿色思想
循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。
[知识链接]　由NaOH制备纯净Na2CO3的方法
将NaOH分为两等份，向其中一份通入过量CO2，将所得溶液再与另一份NaOH混合。NaOH＋CO2===NaHCO3，NaHCO3＋NaOH===Na2CO3＋H2O。
1．(2022·兰州模拟)“侯氏制碱法”是我国化学家侯德榜为世界制纯碱工业做出的突出贡献。某实验小组模拟制纯碱的工艺流程及实验装置(部分夹持装置略)如图所示，下列叙述正确的是(　　)
A．装置①中的试管中应盛放氯化铵固体
B．装置②的球形干燥管中应盛放碱石灰
C．装置②和装置③之间应该增加盛有饱和碳酸钠溶液的洗气瓶
D．装置①可以用装置③代替，但不可用装置④代替
D　[制备NaHCO3发生反应：NaCl＋NH3＋CO2＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl，装置①用来制备氨气，加热氯化铵，分解生成的氨气和氯化氢会重新反应生成氯化铵，不能用来制备氨气，A错误；装置②的球形干燥管作用是导气、吸收多余氨气，碱石灰只能干燥氨气，不能吸收氨气，B错误；制备的CO2中混有HCl，装置②和装置③之间应该增加盛有饱和碳酸氢钠溶液的洗气瓶除去HCl，C错误；装置③为固液不加热型装置，可用氧化钙固体和浓氨水反应制备氨气，则可代替装置①制备氨气，装置④是启普发生器，不能用于易溶于水的气体制备，氨气极易溶于水，则不可代替装置①，D正确。]
2．以下是联合制碱法的简单流程，下列说法正确的是(　　)
A．氨气和二氧化碳的通入顺序应该调换
B．操作X为过滤，为加快过滤速度过滤时用玻璃棒搅拌
C．联合制碱法的主要原理是相同条件下Na2CO3易溶于水，NaHCO3难溶于水
D．溶液B中加入氯化钠固体，通入氨气可得到副产品NH4Cl，通入氨气的目的是增大NH 的浓度，有利于析出NH4Cl并提高纯度
D　[氨气和二氧化碳的顺序不能颠倒，因为氨气极易溶于水，二氧化碳的溶解度较小，先通入氨气可以更多地吸收二氧化碳，反应生成碳酸氢钠，A错误；过滤时不能用玻璃棒搅拌，避免弄破滤纸，B错误；碳酸钠和碳酸氢钠都易溶于水，但碳酸氢钠的溶解度小于碳酸钠的溶解度，C错误；氨气易溶于水并和水反应生成一水合氨，抑制铵根离子的水解，有利于析出氯化铵，提高纯度，D正确。]
考点二　Na2CO3的质量分数的实验测定
02
核心知能突破
关键能力训练
1．气体法
(1)测定原理：Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋CO2↑＋H2O，2NaHCO3＋H2SO4===Na2SO4＋2CO2↑＋2H2O，通过测量CO2的质量或体积确定Na2CO3、NaHCO3的质量。
(2)实验操作：向m g纯碱(含NaHCO3)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)或CO2的质量为a g。
(3)计算：列方程组求出m(Na2CO3)和m(NaHCO3)。　
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。
(2022·福州模拟)某化学兴趣小组设定以下实验方案，测定某已部分变质为Na2CO3的小苏打样品中Na2CO3的质量分数。
方案一：称取一定质量样品，置于坩埚中加热至恒重，冷却，称量剩余固体质量，计算。
(1)坩埚中发生反应的化学方程式为______________________。
(2)实验中需加热至恒重的目的是_____________。
方案二：称取a g样品，置于小烧杯中，加适量水溶解；向小烧杯中加入足量BaCl2溶液，过滤，洗涤，干燥沉淀，称量固体质量为b g，计算。
(3)过滤操作中，除了烧杯、漏斗外，还要用到的玻璃仪器为_____________。
(4)该实验过程中发生反应的离子方程式为_____________。
(5)样品中Na2CO3的质量分数为________(用含a、b的式子表示)。
方案三：按如图装置进行实验。
(6)B装置内所盛试剂是_________________；D装置的作用是_____________；分液漏斗中________(填“能”或“不能”)用盐酸代替稀硫酸进行实验。
(7)实验前称取17.9 g样品，实验后测得C装置增重8.8 g，则样品中Na2CO3的质量分数为______(用百分数表示，保留小数点后一位)。
(8)根据此实验测得的数据，与方案一、二测定结果相比明显偏小，因为实验装置还存在一个明显缺陷是____________________。
[解析]　(7)设Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为x、y，则
Na2CO3＋H2SO4===H2O＋CO2↑＋Na2SO4
　x 　　　　　　　　　　 x
2NaHCO3＋H2SO4===Na2SO4＋2H2O＋2CO2↑
　y 　　　　　　　　　　　　　　　 y
则有①106 g·mol－1 x＋84 g·mol－1 y＝17.9 g
②44 g·mol－1 x＋44 g·mol－1 y＝8.8 g
解得x＝0.05 mol、y＝0.15 mol，则样品中Na2CO3的质量分数为
(8)实验装置还存在一个明显缺陷为装置中的二氧化碳不能被C装置中的碱石灰全部吸收，则需设计一套装置将A、B装置内的CO2气体全部吹入C装置中吸收。
真题感悟·明确考向
03
真题 感悟
情境 探究
(2021·河北选择性考试，T14节选)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。
[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aefbcgh。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·H2O＋NaCl===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：
2NaHCO3～CO2～Na2O2～CO
　　　　　　　　　2×84 　　　　　　　　28
　　　　　　　　　x g 　　　　　　　　　 0.14 g

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。
[答案]　(1)aefbcgh　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·H2O＋NaCl===NaHCO3↓＋NH4Cl
(4)①0.84　②降温结晶　过滤
为了测定NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物中各组分的含量，某同学设计如下实验：取一定质量的混合物，通过测量反应前后②和③装置质量的变化，测定该混合物中各组分的质量分数。
请回答下列问题：
(1)①②③中可以依次加入的物质分别是________、________、________。
(2)硬质玻璃管加热之前，应进行的操作为___________，目的是__________。
(3)样品加热时发生反应的化学方程式为_________。
(4)停止加热后，继续通入空气的目的是_____________。
(5)球形干燥管中碱石灰的作用是__________。
[答案]　(1)碱石灰　无水CaCl2　碱石灰　(2)关闭b，打开a，缓缓通入空气　排除装置中的CO2和H2O(g)　(3)Na2CO3·10H2O Na2CO3＋10H2O，2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑＋H2O　(4)赶出生成的CO2和H2O(g)　(5)防止外界空气中的CO2、H2O(g)进入装置③
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