Question

某学生用实验方法来分析碳酸钠的纯度。该同学设计出如图②所示的实验装置（各符号代表的仪器如图①所示），其中A中盛有一定量的碳酸钠样品，分液漏斗内盛装稀硫酸，B内为碱石灰固体。他利用碱石灰的增重求出纯净的碳酸钠质量，再求纯度。重复正确操作3次，结果出现较大的偏差。

通过仔细分析，该同学重新设计了一套装置（如下图所示）（实验室可供选择的试剂和药品有锌片、浓硫酸、氢氧化钙溶液、碳酸钙固体、蒸馏水）。

完成下列问题：
（1）请分析在实验改进前，实验中出现较大偏差的原因：______________________________。
（2）在改进后的实验中，A装置分液漏斗中所盛的液体为__________,U形管内盛有。在整套装置中，A的作用是__________________________；D装置中U形管内盛有__________，D装置在整套装置中的作用是_____________________。
（3）该同学新设计的实验装置（如上图所示）是否完整？如果不完整，请画出应该补充的装置简图，并在图中标明所用药品或试剂。

Answer 1

（1）①U形管A中产生的CO₂不可能全部进入U形管B中；②U形管A中产生CO₂的同时还会带出水蒸气进入U形管B中；③空气中的CO₂和水蒸气会进入U形管B中。由于存在上述3种原因，碱石灰增重的质量就不等于CO₂的质量，因此在测量过程中将会出现较大的偏差
（2）稀硫酸 锌片 产生氢气，把B装置中产生的二氧化碳气体全部通入后面装置中，确保二氧化碳被
充分吸收 碱石灰 吸收空气中的CO₂和H₂O，避免进入装置C中
（3）不够完整。必须在装置B、C之间加入一个干燥装置（如图所示）

本题的实验原理很简单：让待测的碳酸钠样品与硫酸反应，用碱石灰吸收反应产生的气体，通过称量吸收装置的质量确定反应放出的CO₂的量，进而求得碳酸钠的质量和纯度。原理虽然很简单，但实验设计过程中必须排除水蒸气、空气等因素的干扰。
实验改进前，装置仅由二氧化碳产生装置A以及二氧化碳吸收装置B组成，仅从实验原理的角度来看是可行的。结合实验操作实际，就会发现如下问题：（1）装置A中留住部分CO₂；（2）产生CO₂的同时，必然会带出水蒸气；（3）吸收装置B的导管直接暴露在空气中，会吸收空气中的CO₂、水蒸气。由于这些因素的存在，测量过程中必将出现较大的偏差。
正是由于存在上述问题，因此实验装置必须进行改进。结合上面分析，很容易推断出改进后实验装置中盛放的药品和它们对应的作用，其中B是二氧化碳的发生装置（碳酸钠样品和硫酸反应），而装置A的作用就是把装置B产生的二氧化碳全部排出以利于充分吸收，装置D的作用是避免空气带来的实验干扰（即避免空气中的CO₂和水蒸气被吸收二氧化碳的装置C所吸收），装置C的作用显然是吸收二氧化碳。明确装置的作用，就可确定各装置所装的药品，其中A中的药品为稀硫酸和锌片，B中的药品为稀硫酸和碳酸钠样品，C和D中的样品均为碱石灰。
通过对上述实验原理的分析，可以发现改进后的装置仍然存在问题：随碳酸钠与硫酸反应产生的CO₂带出的水蒸气没有处理。因此还需对“改进”了的实验装置进一步改进，即在B、C装置之间再安装一个吸收水蒸气的装置。