Question

10．化學興趣小組的同學為測定某Na₂ CO₃和NaCl的固體混合物樣品中Na₂CO₃的質量分數進行了以下實驗，請你參與并完成對有關問題的解答．

（1）甲同學用圖1所示裝置測定CO₂的質量．實驗時稀硫酸是與樣品中的Na₂CO₃ （填“Na₂CO₃”或“NaCl”）發(fā)生反應．儀器b的名稱是分液漏斗．洗氣瓶c中盛裝的是濃硫酸，此濃硫酸的作用是除去CO₂中的水蒸氣．
（2）乙同學用圖2所示裝置，取一定質量的樣品（為m g；已測得）和足量稀硫酸反應進行實驗，完成樣品中Na₂CO₃”質量分數的測定．
①實驗前，檢查該裝置氣密性的方法是先打開活塞a，由b注入水至其下端玻璃管中形成一段水柱，再將針筒活塞向內推壓，若b下端玻璃管中的液面上升，則裝置氣密性良好．
②在實驗完成時，能直接測得的數據是CO₂的體積  （填“體積”或“質量”）．
（3）丙同學用圖3所示方法和步驟實驗：
①操作I涉及的實驗名稱有過濾、洗滌；操作Ⅱ涉及的實驗名稱有干燥、稱量．
②丙測得的樣品中Na₂CO₃質量分數的計算式為$\frac{106y}{197}$×100%（用含x、y的代數式表示）．
（4）標準狀況下，將672mL CO₂氣通入50mL1mol/LKOH溶液中，完全反應后，所得溶液中K₂CO₃和KHCO₃的物質的量之比為（設反應前后溶液體積變化忽略不計）2：1．

Answer 1

分析 （1）依據裝置和試劑分析，硫酸和樣品中的碳酸鈉反應，儀器b是加入液體的儀器可以控制加入的量，是分液漏斗；反應過程中含有水蒸氣，可以利用濃硫酸干燥二氧化碳氣體；
（2）①使用注射器改變瓶內氣體的多少而改變瓶內壓強；當將針筒活塞向內推壓時，瓶內氣體被壓縮，壓強增大，瓶內液體則會被壓入長頸漏斗內，b下端玻璃管中液面上升，可以說明裝置氣密性良好；
②裝置中 加入硫酸和碳酸鈉反應生成二氧化碳，注射器活塞被向外推出，可以測定二氧化碳的體積；
（3）①依據流程分析可知，加入氫氧化鋇溶液和碳酸鈉 反應生成碳酸鋇沉淀，通過過濾得到沉淀，洗滌后稱重得到沉淀碳酸鋇質量；
②依據沉淀質量計算物質的量，依據碳元素守恒計算碳酸鈉質量，計算樣品中碳酸鈉的質量分數；
（4）依據CO₂+2KOH═K₂CO₃+H₂O CO₂+KOH═KHCO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：2，產物為K₂CO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：1，產物為KHCO₃，以此計算．

解答 解：（1）依據裝置和試劑分析，硫酸和樣品中的碳酸鈉反應，儀器b是加入液體的儀器可以控制加入的量，是分液漏斗；反應過程中含有水蒸氣，可以利用濃硫酸干燥二氧化碳氣體，
故答案為：Na₂CO₃；分液漏斗；除去CO₂中的水蒸氣；
（2）①使用注射器改變瓶內氣體的多少而改變瓶內壓強；當將針筒活塞向內推壓時，瓶內氣體被壓縮，壓強增大，瓶內液體則會被壓入長頸漏斗內，b下端玻璃管中液面上升，可以說明裝置氣密性良好，故答案為：液面；
②在實驗完成時，反應后可以利用注射器讀取生成氣體的體積，能直接測得的數據是CO₂的體積，故答案為：體積；
（3）①流程分析可知，加入氫氧化鋇溶液和碳酸鈉 反應生成碳酸鋇沉淀，通過過濾得到沉淀，洗滌后稱重得到沉淀碳酸鋇質量，
故答案為：過濾；稱量；
 ②流程分析判斷沉淀質量為yg，物質的量=$\frac{yg}{197g/mol}$=$\frac{y}{197}$mol；碳酸鈉物質的量和碳酸鋇物質的量相同，樣品質量為Xg，則碳酸鈉質量為$\frac{y}{197}$mol×106g/mol；
所以碳酸鈉的質量分數=$\frac{\frac{106y}{197}mol}{x}$×100%=$\frac{106y}{197}$×100%，
故答案為：$\frac{106y}{197}$×100%；
（4）CO₂+2KOH═K₂CO₃+H₂O CO₂+KOH=KHCO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：2，產物為K₂CO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：1，產物為KHCO₃，標準狀況下，將672mL CO₂氣體物質的量=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol；通入50mL 1mol/L KOH溶液中，n（KOH）=0.05L×1mol/L=0.05mol，n（CO₂）：n（KOH）=0.03：0.05=3：5，所以1：2＜3：5＜1：1，二氧化碳和氫氧化鉀全部反應生成碳酸鉀和碳酸氫鉀，利用直平法寫出反應的化學方程式為：3CO₂+5KOH═KHCO₃+2K₂CO₃+2H₂O，則n（K₂CO₃）：n（KHCO₃）=2：1，
故答案為：2：1．

點評 本題考查了物質性質的實驗驗證和含量測定方法分析判斷，混合物中物質質量分數的計算方法和應用，題目難度中等．