Question

14．某研究性學習小組設計了測定純堿（Na₂CO₃）樣品（只含NaCl雜質(zhì)）中Na₂CO₃質(zhì)量分數(shù)的實驗方案．請回答下列問題：
小資料：堿石灰的主要成分是氫氧化鈉和氧化鈣的混合物
（1）氣體法．
【原理思路】利用Na₂CO₃與稀硫酸反應產(chǎn)生CO₂，通過測量丙裝置實驗前后的質(zhì)量得出CO₂質(zhì)量，從而計算碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．（不考慮原裝置內(nèi)空氣的影響）
【實驗分析】小科同學根據(jù)以上思路，設計了如圖1的實驗裝置．
①實驗裝置乙中盛放的試劑為濃硫酸，其作用是吸收水蒸氣；裝置丁中堿石灰的作用是B．（填字母）
A．吸收Na₂CO₃與稀硫酸反應產(chǎn)生CO₂
B．防止外界空氣中二氧化碳進入丙中
C．干燥二氧化碳

②實驗中如果滴加稀硫酸的速度過快，會導致測得樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)偏低（填寫“偏高”、“偏低”或“不變”）．
③小明同學認為小科的方案存在問題，不考慮原裝置內(nèi)空氣的影響，即使操作規(guī)范，但由于生成的CO₂在裝置中殘留，也會造成測得結果偏低（填寫“偏高”、“偏低”或“不變”），應該將裝置甲中雙孔橡膠塞
換成三孔橡膠塞，并增加圖2裝置，實驗結束后緩緩通入一段時間空氣，
目的是將殘留的CO₂全部鼓入到丙裝置中，使其完全被氫氧化鈉溶液吸收，，其中圖2中NaOH溶液的作用是吸收通入的空氣中的CO₂．
（2）沉淀法．
【實驗原理】利用碳酸根離子與鈣離子結合生成沉淀，通過沉淀的質(zhì)量而得出碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
【實驗步驟】①用托盤天平稱取樣品11.0g放入燒杯中，加水使其完全溶解；
②加入過量的CaCl₂溶液充分反應．證明CaCl₂過量（即讓樣品中Na₂CO₃完全反應）的方法是：靜置，向上層清液中滴加CaCl₂溶液，如果沒有白色沉淀生成，證明CaCl₂過量；
③過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質(zhì)量為10.0g，由于沉淀表面粘附濾液，不經(jīng)洗滌就烘干，稱量沉淀的質(zhì)量將會偏高（填寫“偏高”、“偏低”或“不變”）．
④通過以上提供的數(shù)據(jù)計算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．

Answer 1

分析 為了測定純堿（Na₂CO₃）樣品（只含NaCl雜質(zhì)）中Na₂CO₃質(zhì)量分數(shù)：
（1）氣體法．
利用Na₂CO₃與稀硫酸反應產(chǎn)生CO₂，通過測量丙裝置實驗前后的質(zhì)量得出CO₂質(zhì)量，從而計算碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．根據(jù)如圖1的實驗裝置．推測實驗裝置乙中盛放的試劑和作用；掌握裝置丁中堿石灰的作用；注意用氫氧化鈉溶液吸收原燒瓶中空氣中的CO₂．
（2）沉淀法．
利用碳酸根離子與鈣離子結合生成沉淀，通過沉淀的質(zhì)量而得出碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
根據(jù)沉淀的質(zhì)量，求碳酸根的質(zhì)量，從而求通過提供的數(shù)據(jù)計算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．

解答 解：為了測定純堿（Na₂CO₃）樣品（只含NaCl雜質(zhì)）中Na₂CO₃質(zhì)量分數(shù)：
（1）氣體法．
【實驗分析】根據(jù)圖1的實驗裝置．則可推測：
①實驗裝置乙中盛放的試劑為濃硫酸，其作用是吸收水蒸氣；裝置丁中堿石灰的作用是防止外界空氣中二氧化碳進入丙中，對實驗結果造成干擾；
②實驗中如果滴加稀硫酸的速度過快，因為碳酸根不能充分與稀硫酸反應，則會導致測得樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)偏低；
③如果有CO₂殘留在燒瓶內(nèi)，也會造成結果偏低，故應該將裝置甲中雙孔橡膠塞換成三孔橡膠塞，并增加圖2裝置，實驗結束后緩緩通入一段時間空氣，目的是將殘留的CO₂全部鼓入到并裝置中，使其完全被氫氧化鈉溶液吸收，其中NaOH溶液的作用是吸收空氣中的CO₂；
（2）沉淀法．
【實驗原理】利用碳酸根離子與鈣離子結合生成沉淀，通過沉淀的質(zhì)量而得出碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
【實驗步驟】①用托盤天平稱取樣品11.0g放入燒杯中，加水使其完全溶解；
②加入過量的CaCl₂溶液充分反應．證明CaCl₂過量（即Na₂CO₃已完全反應）的方法是：靜置，向上層清液中滴加CaCl₂溶液，如果沒有白色沉淀生成，證明CaCl₂過量；
③過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質(zhì)量為10.0g，如果缺少洗滌會造成碳酸鈉質(zhì)量分數(shù)偏高；
④設樣品中碳酸鈉的質(zhì)量為x
Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl
106          100
x            10.0g
$\frac{106}{x}$=$\frac{100}{10.0g}$
x=10.6g     
所以樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)$\frac{10.6g}{11g}$×100%≈96.4%．
故答案為：（1）①濃硫酸，吸收水蒸氣，B；
 ②偏低；
③偏低，將殘留的CO₂全部鼓入到丙裝置中，使其完全被氫氧化鈉溶液吸收；吸收通入的空氣中的CO₂；
（2）②CaCl₂；
③偏高；
④答：碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)：$\frac{10.6g}{11g}$×100%≈96.4%．

點評 本題考查測定純堿（Na₂CO₃）樣品（只含NaCl雜質(zhì)）中Na₂CO₃質(zhì)量分數(shù)的實驗方案的探究方法，涉及知識面豐富，綜合性強，實屬一道培養(yǎng)學生能力的好題