Question

11．工業(yè)燒堿中常含有雜質(zhì)碳酸鈉．某興趣小組同學(xué)圍繞工業(yè)燒堿樣品純度測定問題，展開了討論與探究．
【實驗思路】利用Na₂CO₃與稀H₂SO₄反應(yīng)產(chǎn)生CO₂，通過測定產(chǎn)生的CO₂質(zhì)量，確定樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，計算樣品純度．
【實驗方案】小明根據(jù)以上思路，設(shè)計了如圖甲的實驗方案（固定裝置省略）．
（1）A中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式有Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑、H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
（2）濃硫酸的作用為吸水干燥二氧化碳氣體．
（3）能說明樣品中的碳酸鈉完全反應(yīng)的現(xiàn)象是繼續(xù)滴加稀硫酸時，不再有氣泡產(chǎn)生．
【交流討論】經(jīng)討論，小組同學(xué)一致認為圖甲中小明設(shè)計的實驗方案有缺陷，則因方案設(shè)計缺陷而導(dǎo)致誤差的因素有②③④（填序號）．
①加入的稀硫酸量不足     ②裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有排出
③反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收    ④干燥管與空氣直接相通
【實驗改進】為減少誤差，使測定生成CO₂的質(zhì)量更準確，該小組同學(xué)根據(jù)以上討論，對圖甲方案進行改進，設(shè)計了如圖乙的實驗方案（固定裝置省略）．

圖乙B裝置中樣品在與稀硫酸反應(yīng)前和停止反應(yīng)后，都要通過量的空氣，反應(yīng)前通空氣時a、b、c三個彈簧夾的控制方法是先關(guān)閉c，再打開a、b．
【數(shù)據(jù)分析】該實驗測定工業(yè)燒堿的純度，需要收集的數(shù)據(jù)有樣品的質(zhì)量和D裝置增加的質(zhì)量，若撤去圖乙中的A裝置，實驗步驟同上，則測得工業(yè)燒堿的純度將偏低（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
【實驗反思】有同學(xué)認為也可用“沉淀法”來測定上述工業(yè)燒堿樣品的純度，可供選擇的試劑有氯化鈣溶液、氯化鋇溶液，你認為選擇哪種試劑更好，并簡述理由：選BaCl₂溶液更好．與等質(zhì)量的碳酸鈉反應(yīng)，BaCl₂反應(yīng)后生成的沉淀質(zhì)量更大，稱量時誤差小，計算結(jié)果更準確．
【拓展提高】已知Na₂CO₃溶液滴加稀硫酸并不斷振蕩，先生成NaHCO₃，當Na₂CO₃全部轉(zhuǎn)化為NaHCO₃后，生成的NaHCO₃能繼續(xù)與稀硫酸反應(yīng)生成CO₂．現(xiàn)向樣品中加一定量的稀硫酸，反應(yīng)后產(chǎn)生無色氣體并得到X溶液．請分析推斷反應(yīng)后所得X溶液的溶質(zhì)，其所有的可能組成情況為①Na₂SO₄和H₂SO₄；②Na₂SO₄；③Na₂SO₄和NaHCO₃．

Answer 1

分析 【實驗方案】考慮A中碳酸鈉與稀硫酸反應(yīng)；考慮濃硫酸的作用；
【交流討論】通過分液漏斗可以隨時向錐形瓶中加入稀硫酸；裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有排出，反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收，干燥管與空氣直接相通等都會影響實驗結(jié)果；
【方案改進】樣品在與稀硫酸反應(yīng)前通過量的除去二氧化碳的空氣，是為了把裝置中的二氧化碳排出；
停止反應(yīng)后，通過量的除去二氧化碳的空氣，是為了使反應(yīng)生成的二氧化碳全部被堿石灰吸收；
【數(shù)據(jù)分析】撤去圖乙中的A裝置，考慮空氣中二氧化碳會進入堿石灰中，并且被吸收，會影響實驗結(jié)果．
【實驗反思】考慮：與等質(zhì)量的碳酸鈉反應(yīng)，BaCl₂反應(yīng)后生成的沉淀質(zhì)量更大，稱量時誤差小，計算結(jié)果更準確．
【拓展提高】根據(jù)題給的信息結(jié)合硫酸和碳酸鈉反應(yīng)進行分析．

解答 解：
【實驗方案】（1）根據(jù)圖可知A中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)為碳酸鈉與稀硫酸反應(yīng)、稀硫酸與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，其化學(xué)方程式分別為：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑、H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
（2）濃硫酸的作用為吸水干燥二氧化碳氣體．
（3）能說明樣品中的碳酸鈉完全反應(yīng)的現(xiàn)象是繼續(xù)滴加稀硫酸時，不再有氣泡產(chǎn)生．
【交流討論】經(jīng)討論，小組同學(xué)一致認為圖甲中小明設(shè)計的實驗方案有缺陷，則因方案設(shè)計缺陷而導(dǎo)致誤差的因素有：裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有排出；反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收；干燥管與空氣直接相通．
【實驗改進】圖乙B裝置中樣品在與稀硫酸反應(yīng)前和停止反應(yīng)后，都要通過量的空氣，反應(yīng)前通空氣時a、b、c三個彈簧夾的控制方法是先關(guān)閉c，再打開a、b．
【數(shù)據(jù)分析】該實驗測定工業(yè)燒堿的純度，需要收集的數(shù)據(jù)有樣品的質(zhì)量和D裝置增加的質(zhì)量，若撤去圖乙中的A裝置，實驗步驟同上，空氣中二氧化碳會進入堿石灰中，并且被吸收，則測得工業(yè)燒堿的純度將偏低．
【實驗反思】有同學(xué)認為也可用“沉淀法”來測定上述工業(yè)燒堿樣品的純度，可供選擇的試劑有氯化鈣溶液、氯化鋇溶液，則：選BaCl₂溶液更好．與等質(zhì)量的碳酸鈉反應(yīng)，BaCl₂反應(yīng)后生成的沉淀質(zhì)量更大，稱量時誤差小，計算結(jié)果更準確．
【拓展提高】硫酸和碳酸鈉反應(yīng)生成了硫酸鈉、水和二氧化碳，若硫酸和碳酸鈉恰好完全反應(yīng)則生成的溶液中的溶質(zhì)為硫酸鈉；若硫酸過量，則得到溶液溶質(zhì)為硫酸鈉和硫酸，若硫酸的量不足，則得到溶液含有的溶質(zhì)為硫酸鈉和碳酸氫鈉．
故答案為：
（1）Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O；
（2）吸水干燥CO₂氣體；（3）繼續(xù)滴加稀硫酸時，不再有氣泡產(chǎn)生；
【交流討論】②③④；
【方案改進】先關(guān)閉c，再打開a、b；
【數(shù)據(jù)分析】樣品的質(zhì)量和D裝置增加的質(zhì)量；偏低；
【實驗反思】選BaCl₂溶液更好．與等質(zhì)量的碳酸鈉反應(yīng)，BaCl₂反應(yīng)后生成的沉淀質(zhì)量更大，稱量時誤差小，計算結(jié)果更準確．
【拓展提高】①Na₂SO₄和H₂SO₄；②Na₂SO₄；③Na₂SO₄和NaHCO₃．

點評 在解此類題時，首先分析問題情景，找到實驗探究的反應(yīng)原理；再根據(jù)實驗的反應(yīng)原理，分析推斷出該物質(zhì)的組成成分，然后得出所要探究的物質(zhì)中該成分的組成．