Question

5．某天然堿樣品的組成可能為aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O（a、b、c為正整數(shù)）．為確定其組成，某小組進行如下實驗：
（1）定性實驗
①取少量天然堿樣品放入試管中，用酒精燈加熱，在試管口有液體生成，該液體能使無水硫酸銅變藍．能否說明樣品中含結晶水，試簡述理由不能，因為NaHCO₃受熱分解也能產生水蒸氣；
②請設計一個簡單方案，確認樣品中含有CO₃^2-取少量天然堿樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，過濾并洗滌沉淀，向沉淀中加入稀鹽酸，將產生的氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象說明樣品中含CO₃^2-；．
（2）定量分析
該同學設計了如圖所示裝置，測定天然堿的化學組成．
實驗步驟：
①組裝好實驗裝置后，首先進行的操作是檢查裝置的氣密性；A處堿石灰的作用是：除去空氣中的CO₂和H₂O（g）；E處堿石灰的作用是防止空氣中CO₂和H₂O（g）進入D裝置，導致測量不準確．
②稱7.3g樣品，放入硬質玻璃管中；稱量C裝置質量為87.6g，D裝置為74.7g．
③打開活塞K₁、K₂，關閉K₃，通人空氣數(shù)分鐘．
④關閉活塞K_l、K₂，打開K₃，點燃酒精燈至不再產生氣體為止．
⑤打開活塞K_l，鼓人空氣數(shù)分鐘，然后稱得C裝置質量為88.5g；D裝置質量為75.8g，通入空氣的目的是將裝置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入C、D裝置中吸收．
⑥該天然堿的化學式為Na₂CO₃•2NaHCO₃•H₂O．

Answer 1

分析 （1）①碳酸氫鈉分解會生成水，所以取少量天然堿樣品放入試管中，用酒精燈加熱，在試管口有液體生成，該液體能使無水硫酸銅變藍，不能說明樣品中含有結晶水；
②依據(jù)樣品中碳酸根離子會結合鈣離子或鋇離子生成白色沉淀，碳酸氫根離子不與氯化鈣或氯化鋇溶液反應，據(jù)此設計實驗檢驗；
（2）①裝載氣密性會影響測定結果，所以實驗前必須檢查裝置的氣密性，沒有裝置E，空氣中的二氧化碳和水會進入裝置D，影響測定結果；
⑤緩緩鼓入空氣的目的是將裝置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入C、D裝置中吸收；
⑥根據(jù)堿石灰的質量變化計算出二氧化碳的質量，從而計算出碳酸氫鈉的物質的量及碳酸氫鈉分解生成的水的物質的量，再根據(jù)濃硫酸的質量變化及碳酸氫鈉分解生成水的質量計算出結晶水質量，最后計算出樣品中碳酸鈉的質量，從而得出該樣品的化學式；

解答 解：（1）①由于反應2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O中有水生成，所以不能說明樣品中含結晶水，
故答案為：不能，因為NaHCO₃受熱分解也能產生水蒸氣；
②樣品中碳酸根離子會結合鈣離子或鋇離子生成白色沉淀，碳酸氫根離子不與氯化鈣或氯化鋇溶液反應，取少量天然堿樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，過濾并洗滌沉淀，向沉淀中加入稀鹽酸，將產生的氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象說明樣品中含CO₃^2-，
故答案為：取少量天然堿樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，過濾并洗滌沉淀，向沉淀中加入稀鹽酸，將產生的氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象說明樣品中含CO₃^2-；
（2）①該實驗中使用了多個實驗裝置，在實驗前必須檢查裝置的氣密性，避免影響測定結果；裝置A中的堿石灰作用是除去空氣中的CO₂和H₂O（g），本實驗是通過測定生成二氧化碳和水的物質的量計算出樣品的組成，如果沒有裝置E，空氣的中CO₂和H₂O（g）進入D裝置，導致測量結果不準確裝置E是防止空氣中CO₂和H₂O（g）進入D裝置，導致測量不準確，
故答案為：檢查裝置的氣密性；除去空氣中的CO₂和H₂O（g）；防止空氣中CO₂和H₂O（g）進入D裝置，導致測量不準確；
⑤該步驟中緩緩鼓入空氣的目的是將裝置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入C、D裝置中吸收，減小測定誤差，
故答案為：將裝置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入C、D裝置中吸收；
⑥由題意可知：裝堿石灰的U形管D的增重的物質是CO₂，二氧化碳的質量為：75.8 g-74.7=1.1 g，n（CO₂）=$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.025 mol，
則2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃ +CO₂↑+H₂O
 2           1       1      1
0.05mol 0.025mol 0.025mol  0.025mol
m（NaHCO₃）=0.05 mol×84 g•mol^-1=4.2 g
濃硫酸吸收的水為碳酸氫鈉分解生成的和樣品中的結晶水，水的質量之和為：88.5g-87.6g=0.9g，
所以晶體中含有的結晶水的物質的量為：n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$-0.025mol=0.025mol，
樣品中含有的結晶水的質量為：m（H₂O）=0.025 mol×18 g•mol^-1=0.45g，
樣品中含有的水的質量為：m（Na₂CO₃）=7.3g-4.2g-0.45g=2.65g，n（Na₂CO₃）=$\frac{2.65g}{106g/mol}$=0.025mol，
故晶體中n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.025 mol：0.05 mol：0.025 mol=1：2：1，
所以晶體化學式為：Na₂CO₃•2NaHCO₃•H₂O，
故答案為：Na₂CO₃•2NaHCO₃•H₂O；

點評 本題考查Na₂CO₃和NaHCO₃有關性質、化學計算等知識，試題綜合性較強，題目難度較大，注意掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質，明確化學計算的方法與技巧，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力．