Question

16．純堿是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的重要物質(zhì)．某興趣小組為測(cè)定某工業(yè)純堿（假設(shè)僅含碳酸氫鈉雜質(zhì)）中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，設(shè)計(jì)了下列三種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究．請(qǐng)?zhí)羁眨?br />方案一：純堿樣品$\stackrel{加熱}{→}$測(cè)定剩余固體質(zhì)量
（1）分別稱取干燥坩堝和純堿樣品的質(zhì)量，將純堿樣品放入坩堝中充分加熱（如右圖）．坩堝中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）將坩堝置于干燥器中冷卻后稱量．實(shí)驗(yàn)時(shí)需要重復(fù)“加熱一冷卻一稱量”操作多次，其目的是加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．

方案二：純堿樣品溶液$\stackrel{氧化鈣溶液}{→}$測(cè)定沉淀質(zhì)量
（3）稱取m ₁g樣品，置于小燒杯中，加水溶解．向小燒杯中滴加足量氯化鈣溶液（如下圖），沉淀完全后，講混和物進(jìn)行的后續(xù)兩步操作分別是用蒸餾水洗滌和干燥．
（4）沉淀經(jīng)干燥后稱量為m ₂g，則該樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{106{m}_{2}}{{m}_{1}}$%
（5）如果用過(guò)量的氫氧化鈣溶液代替氯化鈣溶液作沉淀劑，在其他操作正確的情況下，測(cè)得樣品中的碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)將比實(shí)際不變（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．所涉及的離子反應(yīng)方程式為：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O．
方案三：純堿樣品$\stackrel{硫酸}{→}$測(cè)定生成CO₂的質(zhì)量
（6）本實(shí)驗(yàn)采用圖3裝置，實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的第一步操作名稱是：檢查裝置氣密性，C中盛放的物質(zhì)是濃硫酸
（7）反應(yīng)前后都要通入N₂，反應(yīng)后通入N₂的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收．
（8）要確定純堿樣品的純度，除了樣品的質(zhì)量外，實(shí)驗(yàn)還需要獲取的數(shù)據(jù)是：裝置D反應(yīng)前后質(zhì)量．

Answer 1

分析 方案一：（1）該方案原理為在加熱的條件下Na₂CO₃能夠穩(wěn)定存在，而NaHCO₃較易發(fā)生如下的分解反應(yīng)2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）從而根據(jù)殘留的固體的量推算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．該方案根據(jù)加熱后殘?jiān)�的質(zhì)量來(lái)求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
方案二：該方案原理為在樣品中加入CaCl₂溶液，其中Na₂CO₃可與CaCl₂發(fā)生反應(yīng)Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃與CaCl₂則不反應(yīng)．從而根據(jù)產(chǎn)生的沉淀量，得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．方案關(guān)鍵是測(cè)定CaCO₃沉淀的質(zhì)量，自然要保證沉淀完全，要正確過(guò)濾好．
（3）沉淀會(huì)附著氯化鈉、氯化鈣需要洗滌．
（4）根據(jù)碳酸鈣計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)定義計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（5）在一定量樣品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此時(shí)分別發(fā)生如下反應(yīng)Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均產(chǎn)生CaCO₃沉淀，根據(jù)樣品的總量和生成CaCO₃沉淀的量，就可得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
方案三：該方案原理為一定量混合樣品與足量的稀硫酸分別發(fā)生如下反應(yīng)Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
2 NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O↑，根據(jù)所產(chǎn)生的CO₂的質(zhì)量，可以分別求得樣品中Na₂CO₃和NaHCO₃的質(zhì)量從而得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．該方案關(guān)鍵是要獲得產(chǎn)生的CO₂的質(zhì)量，在實(shí)驗(yàn)前要檢查裝置的氣密性，要將裝置中的CO₂全部被堿石灰所吸收，要稱量堿石灰在吸收CO₂前后的質(zhì)量．
（6）本實(shí)驗(yàn)采用圖3裝置，實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的第一步操作名稱是檢查裝置是否漏氣，C裝置干燥二氧化碳．
（7）實(shí)驗(yàn)前容器內(nèi)含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會(huì)影響生成的二氧化碳的量，反應(yīng)后裝置中容器內(nèi)含有二氧化碳，不能被C中堿石灰完全吸收，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果有較大誤差；
（8）要確定純堿樣品的純度，除了樣品的質(zhì)量外，還需要測(cè)定生成CO₂的質(zhì)量；

解答 解：方案一：
（1）坩堝中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）該方案根據(jù)加熱后殘?jiān)�的質(zhì)量來(lái)求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
故答案為：加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解；
方案二：
（3）碳酸鈣沉淀會(huì)附著氯化鈉、氯化鈣，過(guò)濾后需用蒸餾水洗滌，干燥．
故答案為：用蒸餾水洗滌，干燥；
（4）沉淀經(jīng)干燥后稱量為m₂g，碳酸鈣物質(zhì)的量等于碳酸鈉物質(zhì)的量，所以碳酸鈉的質(zhì)量為$\frac{{m}_{2}}{100}$×106g，則該樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{\frac{{m}_{2}}{100}×106}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{106{m}_{2}}{{m}_{1}}$%．
故答案為：$\frac{106{m}_{2}}{{m}_{1}}$%．
（5）在一定量樣品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此時(shí)分別發(fā)生如下反應(yīng)Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均產(chǎn)生CaCO₃沉淀，根據(jù)樣品的總量和生成CaCO₃沉淀的量，可以計(jì)算碳酸鈉質(zhì)量，就可得出純堿的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．故用氫氧化鈣溶液代替氯化鈣溶液作沉淀劑，在其他操作正確的情況下，測(cè)得樣品中的碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)不變，所涉及的離子反應(yīng)方程式為：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：不變，CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
方案三：
（6）本實(shí)驗(yàn)采用圖3裝置，實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行的第一步操作名稱是檢查裝置氣密性，C裝置干燥二氧化碳，所以C中盛放的物質(zhì)是濃硫酸；
故答案為：檢查裝置氣密性，濃硫酸；
（7）該方案關(guān)鍵是要獲得產(chǎn)生的CO₂的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)前容器內(nèi)含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會(huì)影響生成的二氧化碳的量，反應(yīng)后裝置中容器內(nèi)含有二氧化碳，不能被C中堿石灰完全吸收，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果有較大誤差，所以反應(yīng)前后都要通入N₂，反應(yīng)后通入N₂的目的是：排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收．
故答案為：排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收；
（8）測(cè)定生成CO₂的質(zhì)量是測(cè)定裝置D反應(yīng)前后質(zhì)量變化得到二氧化碳質(zhì)量，
故答案為：裝置D反應(yīng)前后質(zhì)量；

點(diǎn)評(píng) 本題考查了以實(shí)驗(yàn)探究“工業(yè)純堿（假設(shè)僅含碳酸氫鈉雜質(zhì)）中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”為載體，對(duì)于實(shí)驗(yàn)原理與裝置理解評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)基本操作、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，題目涉及到的小蘇打和純堿的化學(xué)知識(shí)是多方面的，構(gòu)成了一道多角度的探究題．