Question

17．某校化学小组的同学开展测定Na₂CO₃和NaCl的固体混合物中Na₂CO₃质量分数的探究实验，他们提出下列实验方案-气体分析法．
（1）甲同学用图1所示装置，把Ng的混合物与足量稀硫酸反应后，测定产生的CO₂气体的体积，实验开始时检查该装置气密性的方法是关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，若活塞能回到原位，证明不漏气，否则漏气．
（2）乙同学用图2代替图1中的发生、收集装置，甲、乙两试管各有两根导管，用橡胶管连接对应接口后，倒置盛有稀硫酸的试管，发生反应，放出气体，则Na₂CO₃、NaCl的固体混合物和稀硫酸应分别置于甲、乙仪器中（填仪器编号）；G管可用化学实验室里的一种常用仪器来代替，你认为这种仪器的名称是碱式滴定管；仪器甲、乙、丙接口的连接方式如下：A连接D，B连接E，C连接F（填写各接口的编号）．
（3）丙同学用图3装置测定CO₂的质量，该装置存在明显缺陷，从而导致实验误差，请你分析其中使测定结果可能偏大的主要原因CO₂气体中混有水蒸气或空气中的CO₂和水蒸气进入干燥管中，使测定结果可能偏小的主要原因可能是装置中的CO₂没有全部被碱石灰吸收；（上述偏大、偏小的原因各写一条）
（4）某天然碱可看作向CO₂和NaOH的反应后的产物所组成，称取天碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30毫升，产生CO₂的体积（标准状况）如下表：

样品号	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
盐酸溶液的体积/mL	30	30	30	30
样品质量/g	3.32	4.15	5.81	7.47
二氧化碳的体积/mL	672	840	896	672

取3.28g天然碱样品于300℃加热至分解完全（300℃Na₂CO₃不分解），产生CO₂224mL（标准状况）和一定量的水，则该天然碱样品的化学式为Na₂CO₃•2NaHO₃•3H₂O．

Answer 1

分析 （1）欲检查装置气密性，可根据该反应容器的特点，采用拉动注射器活塞的方法完成；
（2）由图装置可知甲有c支管，应为生产气体装置，则甲应放入Na₂CO₃、NaCl的固体混合物，乙放入硫酸，连接导管时，应用A连接D，B连接E，C连接F；
（3）根据碱石灰的成分可知，碱石灰既可吸收二氧化碳也可吸收水，同时生成的二氧化碳反应后在装置内会有残留，以及干燥管与空气接触等进行分析即可；
（4）根据碳元素守恒计算，分析图表数据，ⅠⅣ对比可知，Ⅰ组样品全部反应，Ⅳ组盐酸全部反应生成二氧化碳气体为672ml物质的量=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，样品是均一的，取3.28g天然碱样品于300℃加热至分解完全（300℃Na₂CO₃不分解），产生CO₂224mL（标准状况）和一定量的水，说明含有碳酸钠和碳酸氢钠，其中碳酸氢钠分解生成二氧化碳物质的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，中NaHCO₃物质的量为0.02mol，结合实验Ⅰ计算，若3.28g样品全部和盐酸反应，生成二氧化碳物质的量为x，则3.32g：0.03mol=3.28g：x，计算x=0.0296mol，结合碳元素守恒，3.28g样品中碳酸钠物质的量为=0.0296mol-0.02mol≈0.01mol，样品中含水的质量=3.28g-0.01mol×106g/mol-0.02mol×84g/mol=0.54g，计算物质的量得到样品组成比得到化学式．

解答 解：（1）欲检查装置气密性，可根据该反应容器的特点，采用拉动注射器活塞的方法完成，具体操作为关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，若活塞能回到原位，证明不漏气，否则漏气，
故答案为：关闭A处活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，若活塞能回到原位，证明不漏气，否则漏气；
（2）由图装置可知甲有c支管，应为生产气体装置，则甲应放入Na₂CO₃、NaCl的固体混合物，乙放入硫酸，G为量气装置，根据构造，可用碱式滴定管代替，连接导管时，应用A连接D，B连接E，C连接F，
故答案为：甲；乙；碱式滴定管；D；E；F；
（3）因生产的CO₂气体中混有水蒸气或空气中的CO₂和水蒸气进入干燥管中，会导致质量偏大，使测定结果可能偏小的主要原因装置中的CO₂没有全部被碱石灰吸收，应通入氮气可将气体排出，
故答案为：CO₂气体中混有水蒸气或空气中的CO₂和水蒸气进入干燥管中；装置中的CO₂没有全部被碱石灰吸收；
（4）根据碳元素守恒计算，分析图表数据，ⅠⅣ对比可知，Ⅰ组样品全部反应，Ⅳ组盐酸全部反应生成二氧化碳气体为672ml物质的量=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol，样品是均一的，取3.28g天然碱样品于300℃加热至分解完全（300℃Na₂CO₃不分解），产生CO₂224mL（标准状况）和一定量的水，说明含有碳酸钠和碳酸氢钠，其中碳酸氢钠分解生成二氧化碳物质的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，3.28g样品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.02mol，NaHCO₃物质的量为0.02mol，结合实验Ⅰ，若3.28g样品全部和盐酸反应，生成二氧化碳物质的量为x，则3.32g：0.03mol=3.28g：x，计算x=0.0296mol，结合碳元素守恒，3.28g样品中碳酸钠物质的量为=0.0296mol-0.02mol≈0.01mol，样品中含水的质量=3.28g-0.01mol×106g/mol-0.02mol×84g/mol=0.54g，物质的量=$\frac{0.54g}{18g/mol}$=0.03mol，则n（Na₂CO₃）n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.01：0.02：0.03=1：2：3，组成的化学式为Na₂CO₃•2NaHO₃•3H₂O，
故答案为：Na₂CO₃•2NaHO₃•3H₂O．

点评 本题考查了物质组成和含量的实验测定方法分析判断，实验装置的理解应用，主要是数据处理的方法应用技术，掌握基础是解题关键，题目难度较大．