Question

28.根據侯德榜制堿法原理并參考下表的數據，實驗室制備純堿Na₂CO₃的主要步驟是：將配制好的飽和NaCl溶液倒入燒杯中加熱，控制溫度在30～35℃，攪拌下分批加入研細的NH₄HCO₃固體，加料完畢后，繼續保溫30分鐘，靜置、過濾得NaHCO₃晶體。用少量蒸餾水洗滌除去雜質，抽干后，轉入蒸發皿中，灼燒2小時，制得Na₂CO₃固體。

四種鹽在不同溫度下的溶解度（g/100g水）表

	0℃	10℃	20℃	30℃	40℃	50℃	60℃	100℃
NaCl	35.7	35.8	36.0	36.3	36.6	37.0	37.3	39.8
NH4HCO3	11.9	15.8	21.0	27.0	－①	－	－	－
NaHCO3	6.9	8.1	9.6	11.1	12.7	14.5	16.4	－
NH4Cl	29.4	33.3	37.2	41.4	45.8	50.4	55.3	77.3

①＞35℃NH₄HCO₃會有分解

請回答：

（1）反應溫度控制在30～35℃，是因為若高于35℃，則               ，若低于30℃,則                       ；為控制此溫度范圍，采取的加熱方法為                                   。

（2）加料完畢后，繼續保溫30分鐘，目的是                         。靜置后只析出NaHCO₃晶體的原因是                             。用蒸餾水洗滌NaHCO₃晶體的目的是除去                       雜質（以化學式表示）。

（3）過濾所得的母液中含有                    （以化學式表示），需加入           ，并作進一步處理，使NaCl溶液循環使用，同時可回收NH₄Cl。

（4）測試純堿產品中NaHCO₃含量的方法是：準確稱取純堿樣品W g，放入錐形瓶中加蒸餾水溶解，加1～2滴酚酞指示劑，用物質的量濃度為c(mol/L)的HCl溶液滴定至溶液由紅色到無色（指示CO₃^2－＋H^＋＝=HCO₃^－反應的終點），所用HCl溶液體積為V₁ mL，再加1～2滴甲基橙指示劑，繼續用HCl溶液滴定至溶液由黃變橙，所用HCl溶液總體積為V₂ mL。

寫出純堿樣品中NaHCO₃質量分數的計算式：NaHCO₃（％）＝                      

Answer 1

答案：

（1）NH₄HCO₃分解 

     反應速率降低 

     水浴加熱
（2）使反應充分進行 

     NaHCO₃的溶解度最小 

     NaCl  NH₄Cl  NH₄HCO₃
（3）NaHCO₃、NaCl、NH₄Cl、NH₄HCO₃        HCl

（4）

解析：侯德榜制堿法利用一定條件下NaHCO₃溶解度相對較小的特點，在飽和食鹽水中先后通入NH₃、CO₂，獲得NaHCO₃后灼燒生成Na₂CO₃。

根據表格，40 ℃以上NH₄HCO₃溶解度不再給出，因為在35 ℃以上NH₄HCO₃開始分解。在35 ℃下盡量提高溫度可以讓反應速度加快，有利于提高單位時間產率。反應液中存在Na⁺、Cl^-、NH、HCO，參照30 ℃時各物質溶解度可知，此時溶解度最小的NaHCO₃最先析出。30 ℃時，NaHCO₃溶解度為11.1g，說明Na⁺、HCO不可能全部沉淀。最終得到的母液中同時存在Na⁺、Cl^－、NH、HCO，向其中加入HCl，可使NaCl溶液循環使用，并能回收NH₄Cl。

在滴定過程中，Na₂CO₃發生兩步反應：

Na₂CO₃  ＋  HCl  ====  NaHCO₃＋NaCl

cV₁/1000     cV₁/1000

NaHCO₃  ＋  HCl====NaCl＋H₂O＋CO₂↑

cV₁/1000     cV₁/1000

Na₂CO₃消耗的HCl共2cV₁/1 000 mol，則NaHCO₃消耗的HCl為(cV₂/1000－2cV₁/1000) mol，樣品中NaHCO₃的純度為：×100%。