Question

某校化学研究学习小组设计如下实验方案，测定小苏打样品中纯碱的质量分数．
（1）方案一：称取一定质量的样品，置于坩埚中加热至恒重后，冷却，称量剩余固体质量，计算．实验中反应化学方程式为

 

．
（2）方案二：按图装置进行实验，已知B中盛放的是浓H₂SO₄．回答以下问题：
①实验加入药品前应先

 

．分液漏斗中应该装

 

（填“盐酸”或“稀硫酸”）．D装置的作用是

 

．
②实验中除称量样品质量外，还需称

 

装置（用字母表示）前后质量的变化．
③根据此实验得到的数据，测定结果有较大误差．因为实验装置还存在一个明显缺陷，该缺陷是

 

．
（3）方案三：称取一定量样品，置于小烧杯中，加适量水溶解，向小烧杯中加入足量氯化钡溶液，过滤、洗涤、干燥沉淀，称量固体质量，计算．
①过滤操作中，除了烧杯、漏斗外还用到的玻璃仪器是

 

．
②若加入试剂改为氢氧化钡，已知称得样品9.5g，干燥的沉淀质量为19.7g，则样品中碳酸钠的质量分数为

 

（保留一位小数）．

Answer 1

分析：（1）碳酸氢钠加热发生反应生成碳酸钠、二氧化碳和水；
（2）该方案原理为一定量混合样品与足量的稀硫酸分别发生如下反应Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
2 NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO4+2CO₂↑+2H₂O↑，根据所产生的CO₂的质量，可以分别求得样品中Na₂CO₃和NaHCO₃的质量从而得出纯碱的质量分数．该方案关键是要获得产生的CO₂的质量，自然在实验前要检查装置的气密性，要将装置中的CO₂全部被碱石灰所吸收，要称量碱石灰在吸收CO₂前后的质量．
①制备气体实验，实验前应先检验装置气密性．盐酸具有挥发性，会影响实验结果．D干燥管中的碱石灰吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入C．
②实验根据C装置前后质量变化判断生成二氧化碳的质量，样品质量是碳酸钠和碳酸氢钠的质量，和稀硫酸反应后生成的二氧化碳被C中的碱石灰吸收称量得到二氧化碳的质量；
③装置中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差．
（3）在一定量样品中加入足量Ba（OH）₂溶液，此时分别发生如下反应Na₂CO₃+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+2NaOH，NaHCO₃+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+NaOH+H₂O，均产生BaCO₃沉淀，根据样品的总量和生成BaCO₃沉淀的量，就可得出纯碱的质量分数．
①依据过滤实验装置和操作步骤分析需要的玻璃仪器；
②样品中加入氢氧化钡会和碳酸钠、碳酸氢钠反应生成碳酸钡沉淀，依据样品质量和沉淀质量列式计算得到碳酸钠质量，来计算碳酸钠质量分数；

解答：解：（1）碳酸氢钠加热发生反应生成碳酸钠、二氧化碳和水，反应的化学方程式：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
故答案为：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）①该方案是要获得产生的CO₂的质量，在实验前要检查装置的气密性；盐酸具有挥发性，会影响实验结果，所以选择稀硫酸；D干燥管中的碱石灰吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入C被吸收，减少误差，
故答案为：检查装置的气密性；硫酸；防止空气中水蒸气、CO₂进入C管被吸收；
②根据所产生的CO₂的质量及样品质量，分别求得样品中Na₂CO₃和NaHCO₃的质量从而得出纯碱的质量分数，所以需称量C装置前后质量变化判断生成二氧化碳的质量，
故答案为：C；
③装置中的二氧化碳不能全部被装置C吸收，装置A、B中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差．
故答案为：装置A、B中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差．
（3）①过滤操作中，除了烧杯、漏斗外还用到玻璃棒引流．
故答案为：玻璃棒．
②发生反应Na₂CO₃+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+2NaOH，NaHCO₃+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+NaOH+H₂O．
样品9.5g，干燥的沉淀碳酸钡质量为19.7g，物质的量为

19.7g

197g/mol

=0.1mol，令样品中碳酸钠的物质的量为xmol、碳酸氢钠的物质的量为ymol，则106x+84y=9.5，x+y=0.1，解得x=0.05，y=0.05．所以碳酸钠的质量为106g/mol×0.05mol=5.3g，所以碳酸钠质量分数为

5.3g

9.5g

×100%=55.8%．
故答案为：55.8%．

点评：本题考查了混合物的成分实验分析，设计和计算应用，以实验探究“测定放置已久的小苏打样品中纯碱的质量分数”为载体，考查学生对于实验原理与装置理解评价、实验基本操作、化学计算等，难度中等，题目涉及到的小苏打和纯碱的化学知识是多方面的，构成了一道多角度的探究题，题目难度中等．