Question

14．?dāng)M在實驗室中分析 Na₂CO₃樣品的純度．部分儀器的圖示為（圖 1）：

用圖2測定Na₂CO₃試樣的純度（雜質(zhì)不與水反應(yīng)），其中 A 裝置的 U 型管中盛有 10.0g Na₂CO₃樣品，分液漏斗內(nèi)盛有稀 H₂SO₄，B 裝置的 U 型管內(nèi)為堿石灰固體．利用堿石灰的增重求出純凈的Na₂CO₃質(zhì)量，再求純度．重復(fù)了三次正確操作，結(jié)果數(shù)據(jù)出現(xiàn)了較大偏差（設(shè)原容器中 CO₂氣體的含量可忽略不計，各容器內(nèi)反應(yīng)完全，下同）
（1）該實驗出現(xiàn)較大偏差的原因U形管A中的CO₂氣體未全部進(jìn)入U形管B，U形管A中的反應(yīng)有少量的水蒸氣進(jìn)入U形管B，使得堿石灰增重的量不完全是CO₂的量．（答出 2 條）
通過分析，重新設(shè)計了實驗裝置（見圖3），回答有關(guān)問題：（實驗室中可供選擇的試劑還有Zn片、濃H₂SO₄、NaOH 溶液、CaCO₃ 固體、蒸餾水）

（2）該同學(xué)重新設(shè)計的裝置是否已完整，如你認(rèn)為不完整，可在圖3 中合適的虛框內(nèi)畫出裝置簡圖，如要用到試劑，應(yīng)在右下角注明．
（3）添加 A 裝置在整個實驗中的作用是A中生成的H₂使C中的CO₂氣體全部被E中的堿石灰吸收；F 裝置的作用是吸收空氣中進(jìn)入的水蒸氣、CO₂等氣體．
（4）如果實驗后 E 裝置質(zhì)量增重 3.96g，則該 Na₂CO₃試樣的純度為95.4%．
（5）若 0.1mol•L^-1的 H₂A 溶液在常溫下的 pH=3，c（A^2-）=1×10^-6mol•L，則 H₂A 的第二步電離平衡常數(shù) Ka₂為10^-6．NaHA 的水解平衡常數(shù) Kh 為10^-9．

Answer 1

分析 分析題干重新設(shè)計了實驗裝置測定碳酸鈉純度的過程是：濃硫酸加入蒸餾水中稀釋成稀硫酸，利用稀硫酸和鋅在在A裝置中發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，利用氫氣把裝置C中生成的二氧化碳全部趕入裝置E中全部吸收，B處不需要裝置，裝置C是CaCO₃ 固體和稀硫酸反應(yīng)生成二氧化碳，裝置D是用濃硫酸吸收氣體中的二氧化碳，利用裝置E吸收生成的二氧化碳?xì)怏w測定質(zhì)量，計算得到碳酸鈉的質(zhì)量計算純度，F(xiàn) 裝置中的堿石灰的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進(jìn)入裝置E影響測定結(jié)果，
（1）A中生成的二氧化碳?xì)怏w不能全部進(jìn)入B中吸收，A中生成氣體的水蒸氣也進(jìn)入B等；
（2）濃硫酸具有吸水性，在進(jìn)入堿石灰前可以利用濃硫酸除去氣體中的水蒸氣；
（3）添加裝置A可以利用A中生成的氫氣使C中生成的二氧化碳全部被趕入裝置E中完全吸收，F(xiàn)裝置中的堿石灰可以吸收空氣中水蒸氣和二氧化碳，避免進(jìn)入裝置E影響測定結(jié)果；
（4）依據(jù)生成的二氧化碳質(zhì)量計算反應(yīng)的碳酸鈉，純度=$\frac{純凈量}{樣品量}$×100%；
（5）H₂A 的第一步電離H₂A?H⁺+HA^-，第二步電離為HA^-?H⁺+A^2-，平衡常數(shù)Ka1=$\frac{c（{H}^{+}）c（H{A}^{-}）}{c（{H}_{2}A）}$，K_a2=$\frac{c（{H}^{+}）c（{A}^{2-}）}{c（H{A}^{-}）}$，HA^-+H₂O?H₂A+OH^-，Kh=$\frac{c（O{H}^{-}）c（{H}_{2}A）}{c（H{A}^{-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）c（{H}_{2}A）}{c（H{A}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{a1}}$；

解答 解：（1）實驗出現(xiàn)較大偏差的原因是U形管A中的CO₂氣體未全部進(jìn)入U形管B，U形管A中的反應(yīng)有少量的水蒸氣進(jìn)入U形管B，使得堿石灰增重的量不完全是CO₂的量，
故答案為：U形管A中的CO₂氣體未全部進(jìn)入U形管B；U形管A中的反應(yīng)有少量的水蒸氣進(jìn)入U形管B，使得堿石灰增重的量不完全是CO₂的量；
（2）B中不加裝置；D中加一個盛濃H₂SO₄的洗氣瓶，裝置圖為：
故答案為：；
（3）濃硫酸加入蒸餾水中稀釋成稀硫酸，利用稀硫酸和鋅在在A裝置中發(fā)生反應(yīng)生成氫氣，利用氫氣把裝置C中生成的二氧化碳全部趕入裝置E中全部吸收，F(xiàn) 裝置中的堿石灰的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進(jìn)入裝置E影響測定結(jié)果；
故答案為：A中生成的H₂使C中的CO₂氣體全部被E中的堿石灰吸收；吸收空氣中進(jìn)入的水蒸氣、CO₂等氣體；
（4）設(shè)10.0g Na₂CO₃樣品中碳酸鈉質(zhì)量為x，E 裝置質(zhì)量增重 3.96g為生成的二氧化碳質(zhì)量，
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O
 106                 44
  x                 3.96g
x=9.54g，
Na₂CO₃試樣的純度=$\frac{9.54g}{10.0g}$×100%=95.4%，
故答案為：95.4%；
（5）若 0.1mol•L^-1的 H₂A 溶液在常溫下的 pH=3，c（A^2-）=1×10^-6mol•L，H₂A 的第一步電離H₂A?H⁺+HA^-，第二步電離為HA^-?H⁺+A^2-，平衡常數(shù)K_a1=$\frac{c（{H}^{+}）c（H{A}^{-}）}{c（{H}_{2}A）}$，K_a2=$\frac{c（{H}^{+}）c（{A}^{2-}）}{c（H{A}^{-}）}$=$\frac{1{0}^{-3}×1{0}^{-6}}{1{0}^{-3}}$=10^-6，K_a1=$\frac{1{0}^{-3}×1{0}^{-3}}{0.1}$=10^-5，
HA^-+H₂O?H₂A+OH^-，Kh=$\frac{c（O{H}^{-}）c（{H}_{2}A）}{c（H{A}^{-}）}$=$\frac{c（O{H}^{-}）c（{H}_{2}A）}{c（H{A}^{-}）}$×$\frac{c（{H}^{+}）}{c（{H}^{+}）}$=$\frac{Kw}{{K}_{a1}}$=$\frac{1{0}^{-14}}{1{0}^{-5}}$=10^-9，
故答案為：10^-6；10^-9；

點評 本題考查了hi組成的實驗探究、實驗裝置和試劑的作用分析、樣品純度的實驗測定方法、弱電解質(zhì)電離平衡常數(shù)、陰離子水解平衡常數(shù)的計算等知識點，掌握基礎(chǔ)是解題關(guān)鍵，題目難度中等．