Question

某實驗小組把CO₂通入飽和Na₂CO₃溶液制取NaHCO₃，裝置如圖所示（氣密性已檢驗，部分夾持裝置略）：

（1）D中產生NaHCO₃的化學方程式是     。
（2）請結合化學平衡移動原理解釋B中溶液的作用      。
（3）當D中有大量白色固體析出時，停止實驗，將固體過濾、洗滌、干燥備用。為確定固體的成分，實驗小組設計方案如下（稱取一定質量的固體，配成1000 mL溶液作為樣液，其余固體備用）：
① 方案1：取樣液與澄清的Ca(OH)₂溶液混合，出現白色沉淀。
實驗小組對現象產生的原理進行分析，認為該方案不合理，理由是      。
② 方案2：取樣液與BaCl₂溶液混合，出現白色沉淀并有氣體產生。
實驗小組認為固體中存在NaHCO₃，其離子方程式是     。
該小組認為不能確定是否存在Na₂CO₃，你認為該結論是否合理？_____。
③ 方案3：實驗小組中甲、乙同學利用NaHCO₃的不穩定性進行如下實驗：
甲同學：取樣液400 mL，用pH計測溶液pH，再水浴加熱蒸發至200 mL，接下來的操作是      ，結果表明白色固體中存在NaHCO₃。為進一步證明白色固體是否為純凈的NaHCO₃，結合甲同學實驗，還應補充的實驗是     。
乙同學：利用儀器測定了固體殘留率隨溫度變化的曲線，如下圖所示。

a. 根據A點坐標得到的結論是     。
b. 根據B點坐標，計算殘留固體中n(NaHCO₃:n(Na₂CO₃))=       。
通過上述實驗，該小組認為，可以向飽和Na₂CO₃溶液中通入過量CO₂制備NaHCO₃。

Answer 1

（1）Na₂CO₃+CO₂+H₂O = 2NaHCO₃ （2分）
（2）CO₂在水中存在平衡：CO₂+H₂OH₂CO₃HCO₃^－+H⁺，有H₂SO₄存在時，可使上述平衡向左移動，從而減少CO₂在水中的溶解，同時吸收揮發出來的HCl氣體（2分）
（3）① Na₂CO₃和NaHCO₃都能跟Ca(OH)₂溶液發生反應生成白色沉淀，無法確定固體的成分中是否含有NaHCO₃。（2分）
② 2HCO₃^－+Ba²⁺=BaCO₃↓+ CO₂↑+H₂O（2分）
合理（1分）
③ 接下來的操作：冷卻到室溫，加水至溶液體積為400 mL，再次測定pH（2分）
補充實驗：取相同質量的純凈的NaHCO₃配成1000 mL溶液，取400 mL，重復甲的實驗，進行對照。（2分）
a．白色固體為NaHCO₃（2分）
b．71:42（或1.69）（1分）

試題分析： A裝置中反應制備CO₂，其中有雜質HCl、H₂O(g)，B裝置既減少CO₂的溶解，又能吸收HCl，C裝置干燥CO₂，D裝置制備碳酸氫鈉。（3）Na₂CO₃和NaHCO₃都能和Ca(OH)₂反應生成白色沉淀，方案1不合理，方案2 Na₂CO₃和BaCl₂反應有白色沉淀，NaHCO₃和BaCl₂反應有白色沉淀和氣體，因此可以確定NaHCO₃存在，但不能確定Na₂CO₃的存在。方案3 Na₂CO₃和NaHCO₃溶液都顯堿性，但水解程度不同，可通過比較PH值前后大小進行區別。乙同學在溫度為180時，殘留率正好符合NaHCO₃完全分解的計算，B點根據差量法進行計算，設原來有100克NaHCO₃，反應后剩余80克，減少20克是CO₂和H₂O的質量，列方程組計算。