Question

9．化學(xué)小組設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)方案，測(cè)定某部分變質(zhì)為碳酸鈉的小蘇打樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（1）方案一：稱取一定質(zhì)量樣品，置于儀器a中用酒精燈加熱至恒重，冷卻，用托盤天平稱量剩余固體質(zhì)量．重復(fù)操作，計(jì)算．儀器a的名稱是坩堝；其中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．實(shí)驗(yàn)中為保證NaHCO₃分解完全需加熱至恒重，判斷方法是兩次稱量的誤差不超過0.1g為止．
（2）方案二：稱取一定質(zhì)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，待沉淀后，過濾，洗滌，干燥，稱量固體質(zhì)量，計(jì)算．
寫出NaHCO₃與足量Ba（OH）₂溶液反應(yīng)的離子方程式HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O；實(shí)驗(yàn)中判斷沉淀是否完全的方法是取上層清液少許于試管中，加入氫氧化鋇溶液，若無(wú)沉淀生成，則沉淀完全．過濾操作中，除燒杯、漏斗外，還要用到的玻璃儀器為玻璃棒．
（3）方案三：稱取一定質(zhì)量樣品，按如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：

B裝置內(nèi)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(jìn)入C裝置．
實(shí)驗(yàn)前稱取17.9g樣品，實(shí)驗(yàn)后測(cè)得C裝置增重8.8g，則樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為70.4%．
某同學(xué)認(rèn)為上述測(cè)定結(jié)果偏低（填“偏高”或“偏低”），因?yàn)閷?shí)驗(yàn)裝置還存在一個(gè)明顯的缺陷是缺少一套將A、B裝置內(nèi)的CO₂氣體驅(qū)趕到C裝置中的裝置．

Answer 1

分析 （1）[方案一]固體加熱灼燒需要在坩堝中進(jìn)行，碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱易分解，根據(jù)加熱前后固體質(zhì)量變化，根據(jù)差量法求碳酸氫鈉的質(zhì)量，進(jìn)而求得碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳；加熱恒重保證碳酸氫鈉完全分解；
（2）[方案二]碳酸鈉和碳酸氫鈉都和氫氧化鋇反應(yīng)生成碳酸鋇沉淀，根據(jù)生成沉淀的質(zhì)量來計(jì)算碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
碳酸氫鈉和足量氫氧化鋇混合反應(yīng)，碳酸氫鈉全部反應(yīng)，化學(xué)式錢系數(shù)為1，據(jù)此配平書寫離子方程式，可取上層清液，繼續(xù)加沉淀劑，看是否生成沉淀；過濾操作考慮所需儀器；
（3）[方案三]由測(cè)定含量的實(shí)驗(yàn)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(jìn)入C裝置干擾含量測(cè)定，
結(jié)合反應(yīng)定量關(guān)系和元素守恒計(jì)算得到物質(zhì)的質(zhì)量，來計(jì)算物質(zhì)含量；
二氧化碳?xì)怏w不能全部進(jìn)入C裝置被吸收，需要添加一個(gè)裝置二氧化碳?xì)怏w趕入裝置C的裝置．

解答 解：（1）[方案一]稱取一定質(zhì)量樣品，置于儀器a中用酒精燈加熱至恒重，冷卻，用托盤天平稱量剩余固體質(zhì)量．重復(fù)操作，計(jì)算．儀器a的名稱是坩堝，碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳，反應(yīng)方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，實(shí)驗(yàn)中為保證NaHCO₃分解完全需加熱至恒重判斷方法是兩次稱量的誤差不超過0.1g為止，
故答案為：坩堝；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；兩次稱量的誤差不超過0.1g為止；
（2）[方案二]碳酸氫鈉和足量氫氧化鋇混合反應(yīng)，碳酸氫鈉全部反應(yīng)，化學(xué)式錢系數(shù)為1，據(jù)此配平書寫離子方程式為：HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O，實(shí)驗(yàn)中判斷沉淀是否完全的方法是：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(wú)沉淀生成，則沉淀完全，過濾時(shí)需用玻璃棒引流，
故答案為：HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O；取上層清液少許于試管中，加入氫氧化鋇溶液，若無(wú)沉淀生成，則沉淀完全；玻璃棒；
（3）[方案三]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(huì)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(zhì)量增加量的準(zhǔn)確性，
設(shè)Na₂CO₃和NaHCO₃的物質(zhì)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(zhì)量分?jǐn)?shù)為=$\frac{0.15mol×84g/mol}{17.9g}$×100%=70.4%，
實(shí)驗(yàn)裝置還存在一個(gè)明顯缺陷為裝置中的二氧化碳不能被C全部吸收，導(dǎo)致測(cè)定二氧化碳足量減小，計(jì)算得到碳酸氫鈉的物質(zhì)的量減小，測(cè)定結(jié)果偏低，所以需設(shè)計(jì)一個(gè)裝置將A、B中的CO₂全部吹入C中吸收，
故答案為：濃硫酸；防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進(jìn)入C裝置；70.4%；偏低；缺少一套將A、B裝置內(nèi)的CO₂氣體驅(qū)趕到C裝置中的裝置．

點(diǎn)評(píng) 本題考查碳酸鈉含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，為高頻考點(diǎn)，把握實(shí)驗(yàn)裝置的作用及實(shí)驗(yàn)?zāi)康臑榻獯鸬年P(guān)鍵，側(cè)重分析、計(jì)算及實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ木C合考查，題目難度中等．