Question

10．某学习小组利用下列装置进行进行CO₂与饱和Na₂CO₃溶液反应制备NaHCO₃实验．

（1）选取必要的实验装置，正确的连接顺序为③①②（填序号）．
（2）为确定制得的固体样品是纯净的NaHCO₃ 小组同学提出下列实验方案：
甲方案：将样品溶液与饱和澄清石灰水反应，观察现象．
乙方案：将样品溶液与BaCl₂观察现象．
丙方案：测定pH法
丁方案：热重分析法
①判定甲方案不可行（填“可行”或“不可行”）；
②为判断乙方案的可行性，某同学用分析纯的NaHCO₃配制的溶液，与BaCl₂溶液等体积混合进行实验，结果如下．

 （i）此实验巳可说明乙方案是不可行的．请结合以下数据，并通过计算说明产生浑浊的原因．答：Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9．[已知：0.1 mol•L^-1 NaHC0₃溶液电离出的c（CO₃^2-）为0.0011 mol•L^-1，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9]
（ⅱ）产生浑浊的离子方程式为Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
③使用pH计进行测定的丙方案是取等质量的固体样品和分析纯NaHC0₃样品分别溶解于等量的水中，分别用pH计测pH．
④进行丁方案实验，测得样品在不同升温速率下的热重曲线如右图．请填空：
（i）样品的纯度为100%．
（ⅱ）升温速率对实验结果没有（填“有较大”、“有较小”或“没有”）影响．

Answer 1

分析 （1）盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳气体和氯化钙，其中盐酸易挥发，据此选择仪器；
（2）①饱和澄清石灰水与碳酸钠和碳酸氢钠均能反应生成碳酸钙沉淀，据此解答；
②计算此时溶液中钡离子浓度与碳酸根浓度的乘积与该温度下碳酸钡的溶度积常数比较即可；
③取用实验室中分析纯与样品进行pH的测算比较即可；
④发生2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，由图中所给数据可知剩余固体为6.3g，计算固体质量减少量，依据图象可知温度升高对剩余固体的质量无影响．

解答 解：（1）③为发生装置，盐酸与碳酸钙反应生成二氧化碳气体和氯化钙，其中盐酸易挥发，故应先选取碳酸氢钠除去混合气体中的HCl，故仪器连接顺序为：③①②，故答案为：③①②；
（2）①饱和澄清石灰水与碳酸钠和碳酸氢钠均能反应生成碳酸钙沉淀，故甲方案不可行，故答案为：不可行；
②（i）两种溶液等体积混合后，溶液中钡离子浓度=$\frac{0.2mol/L}{2}$=0.1mol/L，0.1 mol•L^-1 NaHC0₃溶液电离出的c（CO₃^2-）为0.0011 mol•L^-1，故Q=Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9，故会产生沉淀，故答案为：Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9；
（ii）钡离子与碳酸氢钠电离出的碳酸根结合生成碳酸钡沉淀，从而促进了碳酸氢根的电离，使其向生成碳酸根和氢离子的方向移动，故离子反应方程式为：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，故答案为：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
③丙方案为测定pH法，由于碳酸氢钠属于强碱弱酸盐，故利用准确度较高的pH计进行样品的pH值，然后测量分析纯NaHC0₃的pH值，最后比较即可，故答案为：取等质量的固体样品和分析纯NaHC0₃样品分别溶解于等量的水中，分别用pH计测pH；
④（i）碳酸氢钠不稳定，加热易分解，方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，即
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
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10g        x，解x=6.30g，
即理论上碳酸氢钠每有10g分解应生成6.3g固体，故由图可知10g样品分解恰好生成固体为6.3g，故此样品纯度为：$\frac{6.3g}{6.3g}$×100%=100%，故答案为：100%；
（ii）由图可知，温度升高，不影响固体物质的产量，升温速率对实验结果没有影响，故答案为：没有．

点评 本题综合考查的是物质的制备方案的设计，混合物的测定，涉及知识点较多，难度较大，熟练掌握碳酸氢钠的性质以及其热分解原理是解决本题的关键．