Question

（2012?常熟市模拟）美丽的青海湖不仅让我们感受到自然之美，当地的居民还能从青海湖内“冬天捞碱、夏天捞盐”．当地学校的某化学兴趣小组对捞出来的纯碱进行研究，有的同学认为捞出来的全是碳酸钠，有的同学认为捞出出来的纯碱中常常混有少量的氯化钠．现在他们准备以一包冬天捞出来的纯碱（若含有杂质，只考虑为氯化钠）为研究对象，探究该纯碱样品中碳酸钠的含量．请你参与他们的活动．
【小组讨论】
观点I：纯碱样品中只含有碳酸钠；
观点II：纯碱样品是由碳酸钠和少量氯化钠组成的混合物．
【实验设计】
甲方案：
（1）称取13.25g纯碱样品，加入过量的澄清石灰水，充分搅拌．过滤、洗涤、干燥，得到白色沉淀10.00g；
（2）数据处理：请根据上述实验数据，计算该样品中碳酸钠的质量分数；
（3）计算过程：
（4）实验结论

纯碱样品是由碳酸钠和少量氯化钠组成的混合物，且样品中碳酸钠的质量分数是80%

．
乙方案
（1）称取样品质量为a g，测得样品与足量稀硫酸完全反应生成二氧化碳的质量为b　g
（2）实验结论：
①当a、b的质量关系满足

a

b

=

53

22

（填写含ab字母的表达式，下同）时，纯碱样品中含有碳酸钠，样品中碳酸钠的质量分数是100%；
②当a、b的质量关系满足

a

b

＞

53

22

时，纯碱样品中含有碳酸钠，样品中碳酸钠的质量分数是

53b

22a

×100%

；
【实验评价】
误差分析：①甲方案中，白色沉淀的质量在过滤、干燥等操作过程中会有所损耗，造成计算结果与实际值相比偏小，
②乙方案中，有部分生成的二氧化碳气体因溶解于水而没有全部逸出，造成计算结果与实际值相比

偏小

（填写“偏大”、“偏小”或“不变”）．
【交流反思】
（1）实验过程中，需用玻璃棒不断搅拌，该操作的目的是

可以使反应充分反应

；
（2）甲方按实验操作中，对沉淀洗涤的目的是：

可以除去沉淀表面杂质，减少误差

；
（3）乙方案中，需用一定质量的19.6%的稀硫酸．现有一瓶98%的浓硫酸（密度为1.84g/cm²），配制乙方案中实验所用稀硫酸，至少需要浓硫酸的体积是

1.24b

mL（填写含字母的表达式）．

Answer 1

分析：【小组讨论】
甲方案：（3）计算过程：根据样品与石灰水反应生成沉淀碳酸钙的质量，求出碳酸钠的质量，再计算样品中碳酸钠的质量分数；
（4）实验结论：根据计算，分析判断样品的组成；
乙方案：根据样品（质量为a g）与稀硫酸完全反应生成二氧化碳的质量（质量为b g），求出碳酸钠的质量，再计算样品中碳酸钠的质量分数．
【实验评价】②乙方案中，根据生成的二氧化碳气体因溶解于水分析对计算的结果的影响；
【交流反思】
（1）根据玻璃棒的作用分析；
（2）通过洗涤，可以除去沉淀表面杂质，减少误差；
（3）根据稀释溶液时溶质的质量不变进行计算．

解答：解：【小组讨论】甲方案：
设纯碱样品中含Na₂CO₃的质量为x
Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH
106              100
x               10.00g

106

100

=

x

10.00g

  x=10.60g
纯碱样品中Na₂CO₃的质量分数为：

10.6g

13.25g

×100%=80%
由此得出的结论是：纯碱样品是由碳酸钠和少量氯化钠组成的混合物，且样品中碳酸钠的质量分数是80%；
乙方案：由Na₂CO₃与硫酸的反应：
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
  106 　                                               44
可知：（1）当a、b的质量关系满足

a

b

=

53

22

时，纯碱样品中只含有碳酸钠，样品中碳酸钠的质量分数是100%．
（2）当a、b的质量关系满足

a

b

＞

53

22

，纯碱样品是由碳酸钠和少量氯化钠组成的混合物，样品中碳酸钠的质量分数是

53b

22a

×100%．
【实验评价】
②乙方案中，由于有部分生成的二氧化碳气体因溶解于水而没有全部逸出，再根据二氧化碳计算出的碳酸钠质量偏小，从而计算出的碳酸钠的质量分数也偏小；
【交流反思】
（1）实验过程中，通过玻璃棒不断搅拌，可以使反应充分反应；
（2）在甲方案实验操作中，通过洗涤可以除去沉淀表面杂质，减少误差；
（3）设生成bg二氧化碳需要硫酸的质量为y
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
        98             44
       y               bg

    

98

44

=

y

bg

     y=

98b

44

g
设配制

98b

44

g稀硫酸，至少需要浓硫酸的体积是为：

98b 44 g

1.84g/ml×98%

=1.24bmL
故答为：【实验设计】甲方案：（4）纯碱样品是由碳酸钠和少量氯化钠组成的混合物，且样品中碳酸钠的质量分数是80%；乙方案：（2）①

a

b

=

53

22

，②

a

b

＞

53

22

，

53b

22a

×100%；【实验评价】②偏小；
【交流反思】（1）可以使反应充分反应；（2）可以除去沉淀表面杂质，减少误差；（3）1.24b．

点评：本题将计算和实验有机地结合起来进行考查，通过认证审题，结合题干中已给出一系列的提示，根据提出的问题，发现有用的信息，充分发挥联想，与已有的知识建立联系，然后进行类比推导，从而达到解决问题的目的．