Question

15．純堿是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的重要物質(zhì)．某興趣小組為測(cè)定某工業(yè)純堿（假設(shè)僅含碳酸氫鈉雜質(zhì)）中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)了下列三種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究．請(qǐng)?zhí)羁眨?br />方案一：純堿樣品$\stackrel{加熱}{→}$測(cè)定剩余固體質(zhì)量
（1）分別稱(chēng)取干燥坩堝和純堿樣品的質(zhì)量，將純堿樣品放人坩堝中充分加熱（如圖1）．坩堝中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（2）將坩堝置于干燥器中冷卻后稱(chēng)量．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要重復(fù)“加熱一冷卻一稱(chēng)量”操作多次，其目的是確保碳酸氫鈉完全分解，減少測(cè)定誤差．
方案二：純堿樣品溶液$\stackrel{氯化鈣溶液}{→}$測(cè)定沉淀質(zhì)量
（3）稱(chēng)取m₁g樣品，置于小燒杯中，加水溶解．向小燒杯中滴加足量氯化鈣溶液（如圖2）．將反應(yīng)混和物過(guò)濾后的下一步操作是洗滌．

（4）沉淀經(jīng)干燥后稱(chēng)量為m₂g，則該樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{53{m}_{2}}{50{m}_{1}}$．
（5）如果用氫氧化鈣溶液代替氯化鈣溶液作沉淀劑，在其他操作正確的情況下，測(cè)得樣品中的碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)將比實(shí)際偏高（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．
方案三：純堿樣品$\stackrel{硫酸}{→}$測(cè)定生成二氧化碳的質(zhì)量
（6）本實(shí)驗(yàn)采用圖3裝置，C中盛放的物質(zhì)是濃硫酸．
（7）反應(yīng)前后都要通人N₂，反應(yīng)后通入N₂的目的是將B、C裝置中的CO₂全部驅(qū)入D裝置的堿石灰中，減小實(shí)驗(yàn)誤差．

Answer 1

分析 方案一：該方案原理為在加熱的條件下Na₂CO₃能夠穩(wěn)定存在，而NaHCO₃較易發(fā)生如下的分解反應(yīng)2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，從而根據(jù)殘留的固體的量推算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
方案二：該方案原理為在樣品中加入CaCl₂溶液，其中Na₂CO₃可與CaCl₂發(fā)生反應(yīng)Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃與CaCl₂則不反應(yīng)，從而根據(jù)產(chǎn)生的沉淀量，得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
方案關(guān)鍵是測(cè)定CaCO₃沉淀的質(zhì)量，自然要保證沉淀完全，要正確過(guò)濾好；
（3）沉淀會(huì)附著氯化鈉、氯化鈣等，需要洗滌除去；
（4）根據(jù)碳酸鈣計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（5）在一定量樣品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此時(shí)分別發(fā)生如下反應(yīng)Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均產(chǎn)生CaCO₃沉淀，根據(jù)樣品的總量和生成CaCO₃沉淀的量，就可得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
方案三：該方案原理為一定量混合樣品與足量的稀硫酸分別發(fā)生如下反應(yīng)Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
2 NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O↑，根據(jù)所產(chǎn)生的CO₂的質(zhì)量，可以分別求得樣品中Na₂CO₃和NaHCO₃的質(zhì)量從而得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．該方案關(guān)鍵是要獲得產(chǎn)生的CO₂的質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)前要檢查裝置的氣密性，要將裝置中的CO₂全部被堿石灰所吸收，要稱(chēng)量堿石灰在吸收CO₂前后的質(zhì)量；
（6）C裝置干燥二氧化碳；
（7）實(shí)驗(yàn)前容器內(nèi)含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會(huì)影響生成的二氧化碳的量，反應(yīng)后裝置中容器內(nèi)含有二氧化碳，不能被C中堿石灰完全吸收，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果有較大誤差．

解答 解：（1）樣品中的碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水、二氧化碳，化學(xué)方程式是2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）加熱到固體為恒重時(shí)，說(shuō)明碳酸氫鈉分解完全，所以重復(fù)“加熱一冷卻一稱(chēng)量”操作多次的目的是：確保碳酸氫鈉完全分解，減少測(cè)定誤差，
故答案為：確保碳酸氫鈉完全分解，減少測(cè)定誤差；
（3）氯化鈣與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，利用碳酸鈣的質(zhì)量測(cè)定碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，所以將碳酸鈣沉淀過(guò)濾后的操作為洗滌沉淀，再干燥、稱(chēng)量，
故答案為：洗滌；
（4）沉淀經(jīng)干燥后稱(chēng)量為m₂g，說(shuō)明碳酸鈣的物質(zhì)的量是$\frac{{m}_{2}}{100}$mol，則碳酸鈉的質(zhì)量是$\frac{{m}_{2}}{100}$mol×106g/mol=$\frac{53{m}_{2}}{50}$g，所以碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是：$\frac{\frac{53{m}_{2}}{50}g}{{m}_{1}g}$=$\frac{53{m}_{2}}{50{m}_{1}}$，
故答案為：$\frac{53{m}_{2}}{50{m}_{1}}$；
（5）若用氫氧化鈣代替氯化鈣，則氫氧化鈣會(huì)與碳酸氫鈉反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀，則沉淀的質(zhì)量增加，所以碳酸鈉的質(zhì)量偏大，結(jié)果偏高，
故答案為：偏高；
（6）方案三是利用與足量的酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量計(jì)算碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，則C裝置內(nèi)的液體起干燥作用，所以C中液體為濃硫酸，
故答案為：濃硫酸；
（7）反應(yīng)前通入氮?dú)馐桥懦�裝置內(nèi)的二氧化碳、水蒸氣，反應(yīng)后通入氮?dú)獾哪康氖菍⒀b置內(nèi)的二氧化碳盡可能驅(qū)入裝置D中，減小實(shí)驗(yàn)誤差，
故答案為：將B、C裝置中的CO₂全部驅(qū)入D裝置的堿石灰中，減小實(shí)驗(yàn)誤差．

點(diǎn)評(píng) 本題以“實(shí)驗(yàn)探究工業(yè)純堿中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”為載體，考查學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理與裝置理解評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)基本操作、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，題目涉及到的小蘇打和純堿的化學(xué)知識(shí)是多方面的，構(gòu)成了一道多角度的探究題．