Question

10．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)了下列四種實(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）分別稱取干燥坩堝和純堿樣品的質(zhì)量，將純堿樣品放入坩堝中充分加熱．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量．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要重復(fù)“加熱、冷卻、稱量”操作多次，其目的是：加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
方案二：稱取mg樣品配成250mL溶液，從中取25mL溶液先用酚酞作指示劑用0.1mol•L^-1HCl溶液滴定至終點(diǎn)，消耗0.1mol•L^-1HCl溶液V₁mL，繼續(xù)用甲基橙作指示劑滴定至終點(diǎn)，消耗0.1mol•L^-1HCl溶液V₂mL．則該樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{106{V}_{1}}{106{V}_{1}+84（{V}_{2}-{V}_{1}）}$×100%．
方案三：純堿樣品溶液$\stackrel{氯化鈣溶液}{→}$測(cè)定沉淀質(zhì)量
（3）稱取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．將反應(yīng)混和物過(guò)濾后的下一步操作是：洗滌沉淀，沉淀經(jīng)干燥后稱量為m₂g．
（4）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)際不變（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．
方案四：純堿樣品$\stackrel{加熱}{→}$測(cè)定生成二氧化碳的質(zhì)量
（5）本實(shí)驗(yàn)采用如下圖裝置，C中盛放的物質(zhì)是濃硫酸．
（6）反應(yīng)前后都要通入N₂，反應(yīng)后通入N₂的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收．

Answer 1

分析 方案一：（1）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)．
（2）該方案根據(jù)加熱后殘?jiān)�的質(zhì)量來(lái)求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
方案二：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，用酚酞作指示劑時(shí)，發(fā)生反應(yīng)為：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，用0.1mol•L^-1 HCl溶液滴定至終點(diǎn)，消耗0.1mol•L^-1 HCl溶液V₁ mL，繼續(xù)用甲基橙作指示劑滴定至終點(diǎn)，發(fā)生反應(yīng)：：NaHCO₃+HCl=H₂O+CO₂↑+NaCl，由此分析計(jì)算；
方案三：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．
（4）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)．
方案四：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，要稱量堿石灰在吸收CO₂前后的質(zhì)量．
（5）C裝置干燥二氧化碳．
（6）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：方案一：（1）坩堝中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；保證NaHCO₃全部分解．
（2）該方案根據(jù)加熱后殘?jiān)�的質(zhì)量來(lái)求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解，故答案為：加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解；
方案二：根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，用酚酞作指示劑時(shí)，發(fā)生反應(yīng)為：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，用0.1mol•L^-1 HCl溶液滴定至終點(diǎn)，消耗0.1mol•L^-1 HCl溶液V₁ mL，應(yīng)根據(jù)V₁來(lái)計(jì)算碳酸鈉的質(zhì)量；繼續(xù)用甲基橙作指示劑滴定至終點(diǎn)，發(fā)生反應(yīng)：：NaHCO₃+HCl=H₂O+CO₂↑+NaCl，消耗0.1mol•L^-1HCl溶液V₂mL．根據(jù)（V₂-V₁）計(jì)算NaHCO₃的質(zhì)量，則Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：$\frac{0.1mol/L×{V}_{1}×106g/mol}{0.1mol/L×{V}_{1}×106g/mol+0.1mol/L×（{V}_{2}-{V}_{1}）×84g/mol}$=$\frac{106{V}_{1}}{106{V}_{1}+84（{V}_{2}-{V}_{1}）}$×100%，故答案為：$\frac{106{V}_{1}}{106{V}_{1}+84（{V}_{2}-{V}_{1}）}$×100%；
方案三：
（3）碳酸鈣沉淀會(huì)附著氯化鈉、氯化鈣，過(guò)濾后需用蒸餾水洗滌沉淀；故答案為：洗滌沉淀；
（4）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，可以計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量，就可得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故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)不變；故答案為：不變；
方案四：
（5）C裝置干燥二氧化碳，所以C中盛放的物質(zhì)是濃硫酸，故答案為：濃硫酸；
（6）該方案關(guān)鍵是要獲得產(chǎn)生的CO₂的質(zhì)量，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，所以反應(yīng)前后都要通入N₂，反應(yīng)后通入N₂的目的是：排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收，
故答案為：排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收．

點(diǎn)評(píng) 以實(shí)驗(yàn)探究“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)”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．