Question

5．化學興趣小組設定以下實驗方案，測定某已變質為碳酸鈉的小蘇打樣品中NaHCO₃的質量分數．
方案一：稱取一定質量樣品，置于坩堝中加熱至恒重，冷卻，稱量剩余固體質量，計算．
（1）坩堝中發(fā)生反應的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑
（2）實驗中需加熱至恒重的目的是：保證NaHCO₃分解完全
方案二：稱取一定質量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解；向小燒杯中加入足量Ba（OH）₂溶液，過濾，洗滌，干燥沉淀，稱量固體質量，計算．
（1）過濾操作中，除了燒杯、漏斗外，還要用到的玻璃儀器為玻璃棒
（2）實驗中判斷沉淀是否完全的方法是取少量上層清液于試管中，滴加一滴Ba（OH）₂溶液，觀察是否有白色沉淀生成
方案三：按如圖裝置進行實驗：
（1）B裝置內所盛試劑是濃硫酸；D裝置的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置；分液漏斗中不能（填“能”或“不能”）用鹽酸代替稀硫酸進行實驗．
（2）實驗前稱取17.9g樣品，實驗后測得C裝置增重8.8g，則樣品中NaHCO₃的質量分數為70.4%．
（3）根據此實驗測得的數據，測定結果有誤差，因為實驗裝置還存在一個明顯缺陷是：缺少一套將A、B裝置內的CO₂氣體驅趕到C裝置中的裝置．

Answer 1

分析 [方案一]碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱易分解，根據加熱前后固體質量變化，根據差量法求碳酸氫鈉的質量，進而求得碳酸鈉的質量分數；
（1）碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳；
（2）加熱恒重保證碳酸氫鈉完全分解；
[方案二]碳酸鈉和碳酸氫鈉都和氫氧化鋇反應生成碳酸鋇沉淀，根據生成沉淀的質量來計算碳酸鈉的質量分數．
（1）根據過濾操作考慮所需儀器；
（2）可取上層清液，繼續(xù)加沉淀劑，看是否生成沉淀；
[方案三]（3）由測定含量的實驗可知，A中發(fā)生Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，B中為濃硫酸吸收水，干燥二氧化碳，利用C裝置吸收二氧化碳，D裝置防止空氣中的二氧化碳、水進入C裝置干擾含量測定，
（4）結合反應定量關系和元素守恒計算得到物質的質量，來計算物質含量；
（5）二氧化碳氣體不能全部進入C裝置被吸收，需要添加一個裝置二氧化碳氣體趕入裝置C的裝置．

解答 解：[方案一]（1）碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳，反應方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（2）實驗原理是根據加熱前后固體質量變化來計算碳酸氫鈉，故應保證碳酸氫鈉完全分解，加熱恒重則碳酸氫鈉完全分解，
故答案為：保證NaHCO₃分解完全；
[方案二]（1）過濾時需用玻璃棒引流，故答案為：玻璃棒；
（2）可取上層清液，繼續(xù)加沉淀劑，看是否生成沉淀，具體操作為：取上層清液少許于試管中，加入氫氧化鋇溶液，若無沉淀生成，則沉淀完全，
故答案為：取少量上層清液于一支試管中，滴加Ba（OH）₂溶液，觀察是否有白色沉淀生成；
[方案三]（1）B中為濃硫酸吸收水，干燥二氧化碳，空氣中的水蒸氣和二氧化碳會被堿石灰吸收，故D的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保C裝置中質量增加量的準確性；分液漏斗中如果用鹽酸代替硫酸，鹽酸易揮發(fā)，這樣制得二氧化碳氣體中含氯化氫，濃硫酸不能吸收氯化氫，則氯化氫被堿石灰吸收，導致測到二氧化碳質量偏高，等質量碳酸鈉和碳酸氫鈉，碳酸氫鈉產生二氧化碳多，則會導致碳酸氫鈉偏多，碳酸鈉偏小，
故答案為：濃硫酸；防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置；不能；
（2）設Na₂CO₃和NaHCO₃的物質的量分別為x、y，則
Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、
 1                                 1
x                                 x
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑
  2                                                  2
  y                                                  y
106x+84y=17.90
44x+44y=8.80
解得x=0.05mol
y=0.15mol
則樣品中NaHCO₃的質量分數為=$\frac{0.15mol×84g/mol}{17.9g}$×100%=70.4%，
故答案為：70.4%；
（3）實驗裝置還存在一個明顯缺陷為裝置中的二氧化碳不能被C全部吸收，則需設計一個裝置將A、B中的CO₂全部吹入C中吸收，
故答案為：缺少一套將A、B裝置內的CO₂氣體驅趕到C裝置中的裝置．

點評 本題考查碳酸鈉含量的測定實驗，為高頻考點，把握實驗裝置的作用及實驗目的為解答的關鍵，側重分析、計算及實驗能力的綜合考查，題目難度中等．