Question

某化工集團用氨堿法生產的純堿中含有少量氯化鈉雜質，為了測定該產品中碳酸鈉的純度，某化學研究性學習小組設計有關方案進行如圖實驗：
（1）其中一個小組設計如圖甲所示實驗裝置，Y型管中一側管中加入碳酸鈉樣品，另一側加入過量稀硫酸，將稀硫酸加入到純堿樣品使之反應的操作為

 

．此時反應的離子方程式

 

．待反應結束后，冷卻，再次調節(jié)量氣管和水準管中液面相平，讀取氣體體積為aL（已換算成標準狀況），則所取樣品中含碳酸鈉的質量為

 

g．
（2）另一個小組設計如圖乙所示裝置，測的反應前后的有關質量如表，取16.50g純堿樣品放入燒杯中，將燒杯放在電子天平上，再把150.00g稀硫酸（足量）加入樣品中（假設裝置中CO₂無殘留）．觀察讀數變化如表所示：

時間/s	0	5	10	15
讀數/g	215.20	211.40	208.60	208.60

請你據此分析計算：
①實驗中產生的CO₂氣體質量為

 

；　
②該產品中碳酸鈉的質量分數（結果精確到小數點后一位）

 

．小組中有一個成員提出圖乙裝置中有一個缺陷，不管操作如何精確，碳酸鈉的含量總是偏大，原因是

 

．
③第三小組設計的不同前兩種的方法測定碳酸鈉的質量分數，可能的方法是

 

（只要出試劑和方法即可）例如第一種方法可以寫成：取一定量的樣品，加入足量的稀硫酸，測量產生氣體的體積．

Answer 1

考點：探究物質的組成或測量物質的含量

專題：實驗探究和數據處理題

分析：（1）Y型管傾斜，使液體倒入碳酸鈉樣品中；碳酸鈉和鹽酸反應生成氯化鈉、二氧化碳和水；收集的aL氣體為二氧化碳的體積，根據反應方程式計算碳酸鈉的質量；
（2）①依據裝置圖分析反應前后質量減小為二氧化碳的質量；
②依據化學方程式可知生成二氧化碳物質的量和碳酸鈉物質的量相同，計算得到碳酸鈉的質量分數；二氧化碳攜帶水蒸氣逸出使質量減小的多；
③前兩種方案是通過測定生成氣體的體積或質量來計算碳酸鈉的質量分數，也可通過生成碳酸鹽沉淀或氯化銀沉淀來測定．

解答： 解：（1）甲所示裝置，碳酸鈉和稀硫酸分裝在Y型玻璃管中，使碳酸鈉樣品與稀硫酸反應的操作為液體倒入固體中反應，將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到碳酸鈉樣品中，發(fā)生反應的化學方程式為：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，離子方程式為：CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂ ↑；
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
106g                   22.4L
m                      aL
m=

106g×aL

22.4L

=

106a

22.4

g；
故答案為：將Y型管傾斜，使硫酸溶液流入到碳酸鈉樣品中；CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂ ↑；

106a

22.4

；
（2）①反應前后質量減小為二氧化碳的質量，215.20-208.60=6.60g；
②二氧化碳物質的量=碳酸鈉物質的量=

6.60g

44g/mol

=0.15mol，碳酸鈉的質量=0.15mol×106g/mol=15.9g，碳酸鈉的質量分數為：

15.9g

16.5g

×100%=96.4%；
二氧化碳攜帶水蒸氣逸出使質量減小的多，二氧化碳的質量增大，碳酸鈉質量分數偏大，
③前兩種方案是通過測定生成氣體的體積或質量來計算碳酸鈉的質量分數，也可通過生成碳酸鹽沉淀或氯化銀沉淀來測定，可設計為：取一定量的樣品，加入足量的氯化鈣溶液，過濾、洗滌、干燥，測量產生沉淀的質量．或者取一定量的樣品，加入足量的硝酸銀溶液，再加稀硝酸，過濾、洗滌、干燥，測得產生沉淀的質量，根據沉淀的質量計算碳酸鈉或氯化鈉的質量，進而計算碳酸鈉的質量分數；
故答案為：6.6g；96.4%；逸出的二氧化碳中含有水蒸氣；取一定量的樣品，加入足量的氯化鈣溶液，過濾、洗滌、干燥，測量產生沉淀的質量或者取一定量的樣品，加入足量的硝酸銀溶液，再加稀硝酸，過濾、洗滌、干燥，測得產生沉淀的質量．

點評：本題考查了物質性質的實驗探究分析判斷，實驗過程的數據處理方法，物質性質的分析應用是解題關鍵，題目難度中等．