Question

19．在化学实验室，某小组同学实验时发现一瓶没有密封好的NaOH已经结块．于是对其成分进行科学探究，请你一起完成探究的过程．
Ⅰ固体的成分分析
【提出问题】结块后的固体成分是什么？
【猜想与假设】
猜想一：固体为碳酸钠
猜想二：固体为碳酸钠和氢氧化钠．
用化学方程式表示固体中有碳酸钠的原因CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
【查阅资料】BaCl₂溶液pH=7
【实验探究】从瓶中取出一定量的固体，加入足量水溶解，再将溶液分三等份分别装入A、B、C三支试管，进行如图1所示实验．

甲同学根据实验现象，认为结块固体中有碳酸钠和氢氧化钠．
【实验分析】
（1）根据甲同学的实验结论可知，三支试管中观察到的实验现象分别为：A试管中溶液变红，B试管出现大量气泡，C试管中出现白色沉淀；C试管中现象产生的原因是（用化学方程式表示）Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl．
（2）乙同学认为甲同学的结论是不正确的，原因是碳酸钠溶液呈碱性，也是无色酚酞变红．
【实验设计】请你设计合理的实验方案，填入下列表格中．

操作	现象	结论
取少量结块固体于试管（或烧杯）中，加水使其完全溶解，加入过量的氯化钡或氯化钙溶液，静置后，向上层清液（或过滤后向滤液）中滴加几滴无色酚酞溶液	若溶液变红	固体为碳酸钠和氢氧化钠

Ⅱ固体中各成分含量
为确定该固体样品中Na₂CO₃的质量分数，小芳同学称取2g样品，利用A为Y形管、B为量气管、C为水准管作为主要反应容器，进行了如图2（I）所示实验．
（1）在量气管内水面上架一薄层油，目的是防止二氧化碳溶于水；将Y形管（装置A）向左倾斜，硫酸流到样品中．
（2）使样品与稀硫酸反应的操作为将Y形管（装置A）向左倾斜，硫酸流到样品中．
（3）实验结束后，小芳同学读出量气管中的气体体积为22.4mL（已知该温度压强下，CO₂的密度为1.965g/L），请你计算出样品中Na₂CO₃质量分数．（写出计算过程）
（4）小明同学设计如图2（Ⅱ）装置，分别测定反应前、反应后仪器以及仪器内物质的总质量，进行有关计算，实验操作中没有失误，多次测量的结果均偏大，你认为可能的原因是逸出的二氧化碳中含有水蒸汽．

Answer 1

分析 根据氢氧化钠的性质来进行解答；
Ⅰ固体的成分分析
【实验分析】（1）无色酚酞遇碱性溶液变红；盐酸可以和碳酸盐反应生成气体，而氯化钡可以和碳酸盐反应生成沉淀；可以据此解答；
（2）碳酸钠和氢氧化钠的溶液都呈碱性，可以据此解答；
【实验设计】为了确认氢氧化钠的存在，必须先除去碳酸钠，可以据此解答；
Ⅱ固体中各成分含量
（1）根据油层的屏障作用回答；
（2）根据装置的特点回答；
（3）由二氧化碳的体积求出质量，再根据质量碳酸钠的质量，进而求出样品中碳酸钠的质量分数；
（4）根据实验操作及实验装置分析实验误差．

解答 解：Ⅰ固体的成分分析
氢氧化钠容易潮解，然后会和二氧化碳发生反应而生成了碳酸钠和水，其化学方程式为：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
【实验分析】（1）根据同学得出的结论可以知道：三支试管中观察到的实验现象分别为：A中溶液变红，判断了氢氧化钠的存在，B中有气泡产生，C中溶液变浑浊，判断了碳酸钠的存在；
（2）碳酸钠溶液也呈碱性，可以使酚酞变红，所以不能仅仅根据A中溶液变红来判断氢氧化钠的存在；
【实验设计】为了确认氢氧化钠的存在，必须先除去碳酸钠，根据碳酸钠的性质可以设计实验为：取少量结块固体于试管（或烧杯）中，加水使其完全溶解，再向其中加入过量的氯化钡溶液，静置后，向上层清液（或过滤后向滤液）中滴加几滴无色酚酞溶液；溶液变红；
【实验反思】（1）氢氧化钠吸水易潮解，而变硬；
（2）为了碳酸钠的干扰，取碳酸钠固体将溶解，观察是否有放热现象．
Ⅱ固体中各成分含量
（1）二氧化碳能溶于水，油层有效防止了二氧化碳溶于水；
（2）要使样品与稀硫酸反应，可将Y形管（装置A）向左倾斜，硫酸流到样品中；
（3）生成CO₂的质量为：（22.4mL÷1000）×1.964g/L≈0.044g；
设样品中的Na₂CO₃的质量为x．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                   44
x                   0.44g
      $\frac{106}{x}=\frac{44}{0.44g}$
        x=0.106g；
所以样品中的Na₂CO₃的质量分数为$\frac{0.106g}{2g}$×100%=5.3%．
（4）实验操作中没有失误，多次测量的结果均偏大，可能的原因是逸出的二氧化碳中含有水蒸汽．
故答案为：
Ⅰ固体的成分分析
猜想与假设】CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
【实验分析】
（1）溶液变红；Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl；（2）碳酸钠溶液呈碱性，也是无色酚酞变红；
【设计实验】加入过量的氯化钡或氯化钙溶液，静置后，向上层清液（或过滤后向滤液）中滴加几滴无色酚酞溶液，若溶液变红；
Ⅱ固体中各成分含量
（1）防止二氧化碳溶于水；
（2）将Y形管（装置A）向左倾斜，硫酸流到样品中；
（3）5.3%；
（4）逸出的二氧化碳中含有水蒸汽．

点评 解答这类题目时，首先，赏析问题情景，找到实验探究的反应原理，以及计算所要用到的数据；再根据实验的反应原理，利用所称取的样品进行实验探究，分析推断出该物质的组成成分．