Question

20．實驗室有一瓶長期暴露在空氣中的氫氧化鈉固體樣品，觀察發(fā)現，樣品表面有白色的粉末．某興趣小組的同學對該樣品的成分及含量進行了探究．
【提出問題1】該樣品中含有哪些物質？
【提出猜想】通過分析，提出如下猜想：
猜想Ⅰ：已完全變質，該樣品中只含Na₂CO₃；
猜想Ⅱ：部分變質，該樣品中含有NaOH和Na₂CO₃．
則變質反應的化學方程式為2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
【查閱資料】
①堿性的Na₂CO₃溶液可以與中性的CaCl₂溶液發(fā)生復分解反應；
②CO₂在飽和的碳酸氫鈉溶液中幾乎不溶解．
【實驗探究1】為確定該樣品的成分，小明設計了如下實驗方案，請你一起完成下列實驗報告．

實驗操作	實驗現象	實驗結論
（1）取少量樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液；	白色沉淀產生	該反應的化學方程式：CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
（2）將上述反應后的混合液過濾， 取濾液加入無色酚酞試液．	酚酞試液變紅色	證明猜想Ⅱ成立

【提出問題2】如何測量該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數？
【實驗探究2】小紅同學設計如圖1所示裝置（鐵架臺略去），實驗在27℃，101kPa下進行，步驟如下：①按圖連接好裝置；②用托盤天平準確稱取該樣品2.0g，放入A中試管內，向B中集氣瓶中倒入飽和碳酸氫鈉溶液至瓶頸處；③向分液漏斗中加入稀硫酸，打開活塞，讓稀硫酸滴入試管中至過量，關閉活塞．反應結束后，量筒中收集到飽和碳酸氫氧化鈉溶液220mL．請回答下列問題：
（1）在實驗步驟①和②之間，還缺少一實驗步驟，該實驗步驟是檢驗裝置的氣密性；
（2）B中集氣瓶盛裝的飽和碳酸氫鈉溶液不能用水代替，其理由是二氧化碳氣體部分溶解在水中影響氣體體積的測量；

（3）變質氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質量分數為48%．（在27℃，101kPa時二氧化碳的密度為1.8g/L）（計算結果精確至1%）
【研究與討論】小明同學認這小紅的設計方案過于繁雜，他認為用托盤天平準確稱取該樣品2.0g后，只需要再稱量裝置A反應前的總質量（mA_前）和完全反應后裝置A的總質量（mA_后），就能測量出該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數．
（1）小明認為反應中產生二氧化碳的質量等于m_A前-m_A后（填數學表達式），從而輕易的計算出該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數．
（2）小明計算出該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數的結果數據偏大，請你幫助他分析分析，原因可能是該反應過程中放熱反應，導致一部分水以水蒸氣的形式逸出．
【提出問題3】怎樣提純該樣品得到純凈的氫氧化鈉固體？
【實驗探究3】為得到純凈的氫氧化鈉固體，小亮設計了如圖2所示的實驗流程．
請回答下列問題：
（1）操作②中加入的適量某種試劑是氫氧化鈣溶液（只寫一種）；
（2）最終所得氫氧化鈉固體質量大于變質后樣品中氫氧化鈉的質量（填“小于”、“等于”或“大于”）．
【實驗反思】
實驗探究1中的檢驗和實驗探究3中的除雜都將碳酸鈉進行了轉化，但二者目的不同，請說出其中一個目的：將碳酸鈉轉化為碳酸鈣，以免干擾氫氧化鈉的檢驗．

Answer 1

分析 【提出猜想】
氫氧化鈉能和空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，從而變質；
【實驗探究1】
氯化鈣和碳酸鈉反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉；
氫氧化鈉溶液顯堿性，能使酚酞試液變紅色；
【實驗探究2】
凡是有氣體參加或產生的實驗，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實驗結果；
二氧化碳能夠溶于水；
根據反應的化學方程式和提供的數據可以計算變質氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質量分數；
【研究與討論】
反應前后的質量差即為反應生成二氧化碳的質量；
溫度升高時，水蒸發(fā)的較快；
【實驗探究3】
碳酸鈉能和氫氧化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉；
【實驗反思】
相同的操作過程，目的不一定相同．

解答 解：【提出猜想】
氫氧化鈉和二氧化碳反應的化學方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
故填：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
【實驗探究1】
實驗操作、實驗現象和實驗結論如下表所示：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
（1）取少量樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液；	白色沉淀產生	該反應的化學方程式：CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
（2）將上述反應后的混合液過濾， 取濾液加入無色酚酞試液．	酚酞試液變紅色	證明猜想Ⅱ成立

【實驗探究2】
（1）在實驗步驟①和②之間，還缺少一實驗步驟，該實驗步驟是檢驗裝置的氣密性；
（2）B中集氣瓶盛裝的飽和碳酸氫鈉溶液不能用水代替，其理由是二氧化碳氣體部分溶解在水中影響氣體體積的測量；
（3）設碳酸鈉的質量為x，
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
  106                   44
   x               1.8g/L×0.22L
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{1.8g/L×0.22L}$，
x=0.954g，
變質氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質量分數為：$\frac{0.954g}{2.0g}$×100%=48%．
故填：檢驗裝置的氣密性；二氧化碳氣體部分溶解在水中影響氣體體積的測量；48%．
【研究與討論】
（1）小明認為反應中產生二氧化碳的質量等于m_A前-m_A后，從而輕易的計算出該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數．
（2）原因可能是該反應過程中放熱反應，導致一部分水以水蒸氣的形式逸出．
故填：m_A前-m_A后；該反應過程中放熱反應，導致一部分水以水蒸氣的形式逸出．
【實驗探究3】
（1）操作②中加入的適量某種試劑是氫氧化鈣溶液或氫氧化鋇溶液；
（2）最終所得氫氧化鈉固體質量大于變質后樣品中氫氧化鈉的質量，這是因為反應生成了一部分氫氧化鈉．
故填：氫氧化鈣溶液；大于．
【實驗反思】
實驗探究1中，將碳酸鈉轉化為碳酸鈣，以免干擾氫氧化鈉的檢驗；
實驗探究3中，將碳酸鈉轉化為氫氧化鈉，變廢為寶．
故填：將碳酸鈉轉化為碳酸鈣，以免干擾氫氧化鈉的檢驗．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．