Question

工業(yè)燒堿具有較好的殺菌消毒作用且廉價(jià)易得，但工業(yè)燒堿中常含有雜質(zhì)碳酸鈉．某科學(xué)學(xué)習(xí)小組同學(xué)圍繞工業(yè)燒堿樣品純度測(cè)定問(wèn)題，展開了討論與探究．
【原理思路】利用Na₂CO₃與稀H₂SO₄反應(yīng)產(chǎn)生CO₂，通過(guò)CO₂質(zhì)量的測(cè)定，確定樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，從而計(jì)算樣品純度．
【實(shí)驗(yàn)方案】小科同學(xué)根據(jù)以上思路，設(shè)計(jì)了如圖甲的實(shí)驗(yàn)方案（固定裝置省略）．

（1）A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為

 

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（2）濃硫酸的作用為

 

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【交流討論】小明認(rèn)為圖甲實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)有缺陷，若按該方案進(jìn)行測(cè)定會(huì)導(dǎo)致難以避免的誤差．你認(rèn)為下列哪些因素會(huì)導(dǎo)致難以避免的誤差

 

（填序號(hào)）．
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
【方案改進(jìn)】為減少誤差，使CO₂質(zhì)量的測(cè)定更準(zhǔn)確，該小組同學(xué)根據(jù)以上討論，對(duì)圖甲方案進(jìn)行改進(jìn)，設(shè)計(jì)了如圖乙的實(shí)驗(yàn)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(guò)量的空氣，反應(yīng)前通空氣時(shí)a、b、c三個(gè)彈簧夾的控制方法是

 

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【數(shù)據(jù)分析】若撤去圖乙中的C裝置，則測(cè)得工業(yè)燒堿的純度將

 

（填“偏高”、“偏低”或“無(wú)影響”）．
【拓展提高】已知Na₂CO₃溶液滴加稀硫酸并不斷振蕩，先生成NaHCO₃，當(dāng)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(wú)色氣體并得到X溶液．請(qǐng)分析推斷反應(yīng)后所得X溶液的溶質(zhì)，其所有的可能組成為

 

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Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的組成成分以及含量,常見氣體的檢驗(yàn)與除雜方法,鹽的化學(xué)性質(zhì),書寫化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專題：科學(xué)探究

分析：【實(shí)驗(yàn)方案】（1）根據(jù)硫酸與氫氧化鈉和碳酸鈉反應(yīng)正確書寫出化學(xué)方程式；
（2）根據(jù)濃硫酸的性質(zhì)解答；
【交流討論】通過(guò)分液漏斗可以隨時(shí)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(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
【方案改進(jìn)】樣品在與稀硫酸反應(yīng)前通過(guò)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(guò)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】濃硫酸具有吸水性，可以用作某些物質(zhì)的干燥劑；若撤去圖2中的C裝置，水蒸氣會(huì)進(jìn)入堿石灰中，并且被吸收，會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果．
【拓展提高】加入稀硫酸的量可以通過(guò)分液漏斗控制，裝置中的空氣、反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂是否被完全吸收、干燥管是否與空氣直接相通都能夠影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
改進(jìn)后的裝置中，氫氧化鈉溶液可以除去空氣中的二氧化碳，濃硫酸可以除去水，干燥管中的堿石灰可以防止空氣中的二氧化碳和水進(jìn)入U(xiǎn)型管；
根據(jù)加入稀硫酸的量可以確定反應(yīng)后所得X溶液中的溶質(zhì)．

解答：解：【實(shí)驗(yàn)方案】（1）A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O；（2）濃硫酸的作用為吸收水分，干燥作用．
【交流討論】裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有排出，會(huì)導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致測(cè)量的工業(yè)燒堿的純度偏低；反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收，會(huì)導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量偏低，從而導(dǎo)致測(cè)量的工業(yè)燒堿的純度偏高；干燥管與空氣直接相通時(shí)，堿石灰能夠吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，會(huì)導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致測(cè)量的工業(yè)燒堿的純度偏低．故填：②③④．
【方案改進(jìn)】反應(yīng)前通空氣時(shí)，關(guān)閉c、打開a、b，可以把裝置中的二氧化碳排出裝置，避免被堿石灰吸收．故填：關(guān)閉c、打開a、b．
【數(shù)據(jù)分析】C裝置的作用是干燥二氧化碳；若撤去圖2中的C裝置，水蒸氣會(huì)進(jìn)入堿石灰中，并且被吸收，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的碳酸鈉質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致計(jì)算出的工業(yè)燒堿的純度偏低．故填：偏低．
【拓展提高】向樣品中加一定量的稀硫酸，反應(yīng)后產(chǎn)生無(wú)色氣體，說(shuō)明稀硫酸和氫氧化鈉完全反應(yīng)后，剩余的稀硫酸和碳酸鈉完全反應(yīng)后仍然有剩余，不然就不會(huì)生成二氧化碳了．
當(dāng)稀硫酸過(guò)量時(shí)，X中的溶質(zhì)是硫酸鈉和硫酸；
當(dāng)硫酸適量時(shí)，和氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉，和碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸氫鈉，再和碳酸氫鈉反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳，X中的溶質(zhì)是硫酸鈉；
當(dāng)稀硫酸不足時(shí)，和氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉，和碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸氫鈉，再和部分碳酸氫鈉反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳，X中的溶質(zhì)是硫酸鈉和碳酸氫鈉．
故答案為：
【實(shí)驗(yàn)方案】（1）Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O；（2）干燥；
【交流討論】②③④；
【方案改進(jìn)】關(guān)閉c、打開a、b
【數(shù)據(jù)分析】偏低
【拓展提高】Na₂SO₄和H₂SO₄；Na₂SO₄；Na₂SO₄和NaHCO₃．

點(diǎn)評(píng)：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的重要組成部分，正確的實(shí)驗(yàn)操作是得出科學(xué)結(jié)論的前提條件之一，因此要學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為得出正確的結(jié)論奠定基礎(chǔ)．