微專題（二）侯氏制堿法及碳酸鈉質(zhì)量分數(shù)的測定1．侯氏制堿法(1)反應(yīng)原理①產(chǎn)生NaHCO3的反應(yīng)：NH3＋NaCl＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl。②產(chǎn)生Na2CO3的反應(yīng)：2NaHCO3eq\o(=,\s\up7(△),\s\do5())Na2CO3＋H2O＋CO2↑。(2)工藝流程(3)綠色思想：循環(huán)使用的物質(zhì)有二氧化碳、飽和食鹽水。2．測定碳酸鈉質(zhì)量分數(shù)的常用方法(1)氣體法①測定原理：Na2CO3＋H2SO4=Na2SO4＋H2O＋CO2↑。依據(jù)CO2的體積確定Na2CO3的物質(zhì)的量，進而確定純堿中Na2CO3的含量。②實驗操作：向mg純堿樣品中加入足量的稀硫酸，準確測量產(chǎn)生CO2氣體的體積為VmL（已折算為標準狀況）。③數(shù)據(jù)處理：純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量為eq\f(V,22400)mol×106g·mol-1＝eq\f(106V,22400)g，則純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分數(shù)為eq\f(\f(106V,22400)g,mg)×100%＝eq\f(53V,112m)%。(2)沉淀法①測定原理：Na2CO3＋BaCl2=BaCO3↓＋2NaCl。依據(jù)BaCO3沉淀的質(zhì)量，確定Na2CO3的物質(zhì)的量，進而確定純堿中Na2CO3的含量。②實驗操作：先將mg純堿樣品溶于水配成溶液，向溶液中加入過量的BaCl2溶液，經(jīng)過濾、洗滌、干燥得BaCO3沉淀的質(zhì)量為ng。③數(shù)據(jù)處理：純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量為eq\f(ng,197g·mol-1)×106g·mol-1＝eq\f(106n,197)g，則純堿樣品中Na2CO3的質(zhì)量分數(shù)為eq\f(\f(106n,197)g,mg)×100%＝eq\f(106n,197m)×100%。(3)雙指示劑滴定法（以Na2CO3、NaHCO3混合物為例）①在混合物的試液中先加入酚酞指示劑，此時溶液呈紅色，用鹽酸標準溶液滴定至溶液剛好褪色，這是第一滴定終點。Na2CO3被滴定為NaHCO3。滴定反應(yīng)的化學方程式為Na2CO3＋HCl=NaCl＋NaHCO3，設(shè)在第一滴定終點時消耗的鹽酸標準溶液的體積為V1mL。②再加入甲基橙指示劑，繼續(xù)用鹽酸標準溶液滴定至溶液由黃色變?yōu)槌壬礊榈诙味ńK點。此時NaHCO3被滴定為H2CO3，反應(yīng)的化學方程式為NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑，設(shè)此階段消耗鹽酸標準溶液的體積為V2mL。③根據(jù)V1mL和V2mL可以計算出混合物樣品中Na2CO3、NaHCO3兩種物質(zhì)的含量。題型一侯氏制堿法的原理及有關(guān)實驗探究【例1】（2021·河北卷節(jié)選）化工專家侯德榜發(fā)明的侯氏制堿法為我國純堿工業(yè)和國民經(jīng)濟發(fā)展作出了重要貢獻。某化學興趣小組在實驗室中模擬并改進侯氏制堿法制備NaHCO3，進一步處理得到產(chǎn)品Na2CO3和NH4Cl。實驗流程如圖：回答下列問題：(1)從A～E中選擇合適的儀器制備NaHCO3，正確的連接順序是aefbcg（按氣流方向，用小寫字母表示）。為使A中分液漏斗內(nèi)的稀鹽酸順利滴下，可將分液漏斗上部的玻璃塞打開或?qū)⒎忠郝┒飞喜坎Ａ系陌疾郏ɑ蛐】祝┡c分液漏斗上端的小孔對齊。(2)B中使用霧化裝置的優(yōu)點是增大反應(yīng)物的接觸面積，使反應(yīng)更充分。(3)生成NaHCO3的總反應(yīng)的化學方程式為CO2＋NH3·H2O＋NaCl=NaHCO3↓＋NH4Cl。(4)反應(yīng)完成后，將B中U形管內(nèi)的混合物處理得到固體NaHCO3和濾液：①對固體NaHCO3充分加熱，產(chǎn)生的氣體先通過足量濃硫酸，再通過足量Na2O2，Na2O2增重0.14g，則固體NaHCO3的質(zhì)量為0.84g。②向濾液中加入NaCl粉末，存在NaCl(s)＋NH4Cl(aq)→NaCl(aq)＋NH4Cl(s)過程。為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，根據(jù)NaCl和NH4Cl溶解度曲線，需采用的操作為降溫結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥。解析：(1)制備NaHCO3的具體過程為先制備CO2，再除去雜質(zhì)HCl，然后將純凈的CO2通入飽和氨鹽水中制得NaHCO3，最后用NaOH溶液處理多余的CO2，所以裝置的連接順序為aefbcg。分液漏斗使用前需要讓其與大氣連通，否則液體無法滴落，所以為使A中分液漏斗內(nèi)的稀鹽酸順利滴下，需要打開分液漏斗上部的玻璃塞或者將分液漏斗上部玻璃塞上的凹槽（或小孔）與分液漏斗上端的小孔對齊。(2)霧化裝置可以增大反應(yīng)物的接觸面積，使飽和氨鹽水與CO2充分接觸，使反應(yīng)更充分。(4)①1molCO2與足量Na2O2反應(yīng)，最終Na2O2增加的質(zhì)量相當于1molCO的質(zhì)量，假設(shè)固體NaHCO3的質(zhì)量為xg，可列如下關(guān)系式：2NaHCO3～CO2～Na2O2～CO2×8428xg0.14g則eq\f(2×84,28)＝eq\f(xg,0.14g)，解得x＝0.84。②根據(jù)題圖中NaCl和NH4Cl的溶解度曲線可知，NH4Cl的溶解度隨溫度的升高變化較大，而NaCl的溶解度隨溫度的升高變化不大，為使NH4Cl沉淀充分析出并分離，需采用的操作為降溫結(jié)晶、過濾、洗滌、干燥?！炯磿r訓(xùn)練1】（2024·吉林白山一模）我國化工專家侯德榜將合成氨與純堿工業(yè)聯(lián)合，發(fā)明了聯(lián)合制堿法，使原料氯化鈉的利用率從70%提高到90%以上，該生產(chǎn)方法在制得純堿的同時，還可得到一種副產(chǎn)品NH4Cl。生產(chǎn)流程和溶解度曲線如圖所示，下列說法錯誤的是(D)A．從母液中經(jīng)過循環(huán)Ⅰ進入沉淀池的物質(zhì)主要是NaCl和氨水B．NH4Cl固體從母液中析出時需控制溫度在0～10℃C．循環(huán)Ⅰ、Ⅱ的目的是提高原料的利用率、減少對環(huán)境的污染D．沉淀池中反應(yīng)的化學方程式：2NH3＋CO2＋2NaCl＋H2O=2NH4Cl＋Na2CO3解析：由聯(lián)合制堿法生產(chǎn)流程示意圖可以看出從母液中經(jīng)過循環(huán)Ⅰ進入沉淀池的物質(zhì)主要是NaCl和氨水，A正確；由溶解度曲線可以看出，NH4Cl固體從母液中析出時需控制溫度在0～10℃，B正確；由流程可知，循環(huán)Ⅰ、Ⅱ的目的是提高原料的利用率、減少對環(huán)境的污染，C正確；沉淀池中反應(yīng)的化學方程式：NH3＋CO2＋NaCl＋H2O=NH4Cl＋NaHCO3↓，D錯誤。題型二碳酸鈉純度的測定【例2】下列測定Na2CO3和NaHCO3固體混合物中NaHCO3質(zhì)量分數(shù)的實驗方案，合理的是(C)①取mg混合物與過量氫氧化鈉溶液充分反應(yīng)，加熱、蒸干、灼燒，得ng固體②取mg混合物充分加熱，減重ng③取mg混合物與過量稀硫酸充分反應(yīng)，逸出氣體用堿石灰吸收，增重ng④取mg混合物與過量Ba(OH)2溶液充分反應(yīng)，過濾、洗滌、干燥，得ng固體A．①② B．②③C．②④ D．③④解析：①過量的氫氧化鈉在加熱、蒸干、灼燒過程中可生成Na2CO3，則NaHCO3分解的質(zhì)量不確定，不合理；②碳酸氫鈉不穩(wěn)定，加熱分解，利用固體差量法即可計算出固體中碳酸氫鈉的質(zhì)量，合理；③堿石灰吸收二氧化碳和水，二氧化碳中混有水蒸氣，影響計算，故應(yīng)先把水蒸氣排除，不合理；④ng固體為碳酸鋇，假設(shè)碳酸氫鈉、碳酸鈉分別為xmol、ymol，可根據(jù)碳元素守恒，分別列出84x＋106y＝m、197(x＋y)＝n，求出碳酸鈉和碳酸氫鈉的質(zhì)量，進而可確定碳酸氫鈉的質(zhì)量分數(shù)，合理?！炯磿r訓(xùn)練2】為精確測定工業(yè)純堿中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)（含少量NaCl），準確稱量wg樣品進行實驗。下列實驗方法所對應(yīng)的實驗方案和測量數(shù)據(jù)合理的是(A)選項實驗方法實驗方案測量數(shù)據(jù)A滴定法將樣品配成100mL溶液，取10mL，加入酚酞，用標準鹽酸滴定消耗鹽酸的體積B量氣法將樣品與鹽酸反應(yīng)，生成的氣體全部被堿石灰吸收堿石灰增加的質(zhì)量C重量法將樣品放入燒瓶中，置于電子天平上，加入足量鹽酸減小的質(zhì)量D量氣法將樣品與鹽酸反應(yīng)，氣體通過排水量氣裝置量氣排出水的體積解析：用酚酞作指示劑時，Na2CO3與鹽酸發(fā)生反應(yīng)：Na2CO3＋HCl=NaCl＋NaHCO3，依據(jù)消耗鹽酸的量可以計算出樣品中Na2CO3的量，進而確定樣品中Na2CO3的質(zhì)量分數(shù)，A項合理；測量堿石灰增重的方法是重量法而不是量氣法，堿石灰增加的質(zhì)量還包括水蒸氣、氯化氫等，B項不合理；樣品中加入足量鹽酸，因鹽酸的質(zhì)量未知，無法通過重量法測量Na2CO3的質(zhì)量，C項不合理；因部分CO2能溶解到水里，與水反應(yīng)生成H2CO3，故排出水的體積并不是CO2的體積，D項不合理。1．侯氏制堿法主要過程如圖（部分物質(zhì)已略去）：下列說法錯誤的是(D)A．氣體X為CO2B．氨鹽水中通入氣體X后，溶液中Na＋大量減少C．操作b為過濾D．懸濁液a中的不溶物主要是NH4Cl解析：飽和食鹽水中通入氨氣形成氨鹽水，再通入二氧化碳反應(yīng)生成碳酸氫鈉沉淀和氯化銨，碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、二氧化碳和水，氣體X為CO2，故A正確；氨鹽水中通入氣體X后，反應(yīng)生成碳酸氫鈉沉淀，因此溶液中Na＋大量減少，故B正確；懸濁液a經(jīng)過操作b得到濾渣和濾液，說明操作b為過濾，故C正確；懸濁液a中的不溶物主要是碳酸氫鈉晶體，故D錯誤。2．某小組設(shè)計如圖所示裝置（夾持裝置略去），在實驗室模擬侯氏制堿工藝中NaHCO3的制備。下列說法不正確的是(C)A．③⑤中可分別盛放飽和食鹽水和濃氨水B．應(yīng)先向③中通入足量NH3，再通入足量CO2C．③中反應(yīng)的離子方程式為NH3＋CO2＋H2O=NHeq\o\al(＋,4)＋HCOeq\o\al(－,3)D．裝置①也可用于制H2解析：本實驗利用濃氨水與堿石灰混合制取氨氣，所以裝置⑤中盛裝濃氨水，裝置③中盛裝飽和食鹽水，A項正確；先通入足量的氨氣，再通入足量的CO2有利于NaHCO3的生成和析出，B項正確；③中反應(yīng)的離子方程式為NH3＋CO2＋Na＋＋H2O=NaHCO3↓＋NHeq\o\al(＋,4)，C項錯誤；裝置①適合塊狀不溶于水的固體和液體反應(yīng)，可以用其制取氫氣，D項正確。3．實驗室按如下裝置測定純堿（含少量NaCl）的純度。下列說法不正確的是(C)A．滴入鹽酸前，應(yīng)將裝置中含有CO2的空氣排盡B．裝置①④的作用是防止空氣中的CO2進入裝置③C．必須在裝置②③間添加盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶D．反應(yīng)結(jié)束時，應(yīng)再通入空氣將裝置②中CO2轉(zhuǎn)移到裝置③中解析：根據(jù)實驗?zāi)康暮脱b置圖，實驗原理為樣品與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO2用足量Ba(OH)2溶液吸收，通過測量裝置③中產(chǎn)生沉淀的質(zhì)量計算純堿的純度。A項，為了排除裝置中含有CO2的空氣對CO2測量的影響，滴入鹽酸前，應(yīng)將裝置中含有CO2的空氣排盡，正確；B項，裝置①中NaOH溶液的作用是吸收通入的空氣中的CO2，防止空氣中CO2進入裝置③中，裝置④的作用是防止外界空氣中的CO2進入裝置③中，正確；C項，由于鹽酸具有揮發(fā)性，反應(yīng)產(chǎn)生的CO2中混有HCl，若在裝置②③間添加盛有飽和NaHCO3溶液的洗氣瓶，HCl與NaHCO3反應(yīng)會產(chǎn)生CO2，使得測得的CO2偏大，測得純堿的純度偏大，錯誤；D項，為了保證測量的CO2的準確性，反應(yīng)結(jié)束，應(yīng)繼續(xù)通入除去CO2的空氣將滯留在裝置②中的CO2全部轉(zhuǎn)移到裝置③中，正確。4．某同學利用圖ⅰ、ⅱ、ⅲ三個儀器組裝一套裝置完成Na2CO3質(zhì)量分數(shù)的測定，其中樣品已稱量完畢，ⅲ中裝有CO2難溶于其中的液體。eq\o(\s\up7(),\s\do5(\a\vs4\al(ⅰ)))eq\o(\s\up7(),\s\do5(ⅱ))eq\o(\s\up7(),\s\do5(ⅲ))eq\o(\s\up7(),\s\do5(ⅳ))(1)ⅱ中盛裝的是d（填字母）。a．濃硫酸 B．飽和NaHCO3溶液c．10mol·L-1鹽酸 D．2mol·L-1硫酸(2)用橡膠管連接對應(yīng)接口的方式是A接E，B接D，C接F（填各接口的字母）。(3)在測量氣體體積時，組合儀器與ⅳ裝置相比更為準確，主要原因是裝置ⅳ將滴下酸的體積也計入氣體體積，而組合儀器沒有。組合儀器相對于ⅳ裝置的另一個優(yōu)點是液體更容易順利滴下。5．侯德榜發(fā)明了“聯(lián)合制堿法”，以氯化鈉為原料制備碳酸鈉時產(chǎn)品中往往含有少量碳酸氫鈉、氯化鈉等，產(chǎn)品中NaHCO3含量測定過程如下：①稱取產(chǎn)品2.500g，用蒸餾水溶解，定容于250mL容量瓶中；②移取25.00mL上述溶液于錐形瓶中，加入2滴指示劑M，用0.1000mol·L-1鹽酸標準溶液滴定，溶液由紅色變至接近無色，且半分鐘不恢復(fù)紅色（第一滴定終點），消耗鹽酸V1mL；③在上述錐形瓶中再加入2滴指示劑N，繼續(xù)用0.1000mol·L-1鹽酸標準溶液滴定至終點（第二滴定終點），又消耗鹽酸V2mL；④平行測定三次，V1平均值為22.45，V2平均值為23.51?；卮鹣铝袉栴}：(1)指示劑M為酚酞；指示劑N為甲基橙，描述第二滴定終點前后顏色變化：由黃色變橙色，且半分鐘內(nèi)不恢復(fù)原色。(2)上述測量步驟③過程中，某時刻，滴入鹽酸使溶液顯中性，則此時溶液中的溶質(zhì)為NaCl、NaHCO3、H2CO3。(3)產(chǎn)品中N