Question

3．为测定NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的质量分数，甲同学拟采用图（1）所示装置来测定．乙同学拟采用图（2）所示装置来测定．
请回答下列问题：
（1）甲同学用图（1）装置来测定，在没有放样品前，检查该装置气密性的方法之一是从酸式滴定管向烧瓶中加入一定量的水，观察到注射器增大的体积与加入水的体积相等现象，证明此装量不漏气．实验时称得样品的质量为mg，酸式滴定管的起始读数为amL，终了读数为bmL，注射器测定排出的气体为c mL（已折算成标准状况），该样品中Na₂C0₃的质量分数为（用含a、b、c、m的代数式表示）$\frac{53（c-b+a）}{11200m}$．
（2）本实验选用稀H₂S0₄而未选用稀盐酸的原因是稀硫酸不易挥发，稀盐酸易挥发出氯化氢气体，产生误差．
（3）乙同学观察了甲同学的实验后很受启发，并发现自己的图（2）原实验设计方案会造成误差．其原因之一可能是C0₂在水中溶解度较大，引起测量气体体积减小．丙同学经思考后．建议乙同学将图（2）中某部分稍作改进，就可避免此种误差，写出你的改进方案将水换成饱和NaHCO₃溶液，或在贮水瓶中的水面上加一层植物油都可防止CO₂溶于水．
（4）丁同学提出将图（2）装置中量气装置去掉，只用反应装置和天平也能较准确地测出样品中Na₂C0₃的质量分数，请你分析丁同学方案中，除了测定样品的质量，还需测定的另两个数据是反应前装有药品的整个装置的质量、反应后整个装置的质量．
（5）还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数，请简述一种与上述各方法不同的实验方法称量一定质量的样品配成溶液，加入足量的BaCl₂溶液后得到沉淀，将沉淀进行过滤、洗涤、干燥、冷却、称量．由沉淀（BaCO₃）质量计算出Na₂CO₃的质量，最后计算出Na₂CO₃的质量分数．

Answer 1

分析 （1）根据在密封条件容器中气体体积不变判断；碳酸钠与硫酸反应产生的二氧化碳的体积为（c-b+a）mL，根据二氧化碳的体积可计算出碳酸钠的质量，进而确定样品中Na₂C0₃的质量分数；
（2）稀硫酸不易挥发，稀盐酸易挥发出，挥发出来的氯化氢对实验有影响；
（3）根据减少二氧化碳的溶解判断，例如可以用饱和碳酸氢钠溶液，或水面上加一层植物油等；
（4）根据反应前后整个装置的质量差可知产生的二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量再计算出碳酸钠的质量，进而确定样品中Na₂C0₃的质量分数；
（5）测定NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的质量分数，可以用氯化钡或氯化钙将碳酸根离子沉淀，根据沉淀的质量可计算出碳酸钠的质量，进而确定样品中Na₂C0₃的质量分数．

解答 解：（1）根据在密封条件容器中气体体积不变判断可知，当注射器增大的体积与加入水的体积相等时，则可以说明此装量不漏气，碳酸钠与硫酸反应产生的二氧化碳的体积为（c-b+a）mL，则二氧化碳的物质的量为  $\frac{（c-b+a）×1{0}^{-3}}{22.4}$ mol，根据碳元素守恒可知，样品中Na₂C0₃的质量为$\frac{（c-b+a）×1{0}^{-3}}{22.4}$mol×106g/mol=$\frac{106（c-b+a）×1{0}^{-3}}{22.4}$ g，所以Na₂C0₃的质量分数为$\frac{\frac{106（c-b+a）×1{0}^{-3}}{22.4}}{m}$=$\frac{53（c-b+a）}{11200m}$，
故答案为：注射器增大的体积与加入水的体积相等；$\frac{53（c-b+a）}{11200m}$；
（2）稀硫酸不易挥发，稀盐酸易挥发出，挥发出来的氯化氢对实验有影响，所以不能用稀盐酸而要用稀硫酸，
故答案为：稀硫酸不易挥发，稀盐酸易挥发出氯化氢气体，产生误差；
（3）减少二氧化碳的溶解就在就可减小误差，所以可以用饱和碳酸氢钠溶液，或水面上加一层植物油等，
故答案为：将水换成饱和NaHCO₃溶液，或在贮水瓶中的水面上加一层植物油都可防止CO₂溶于水；
（4）根据反应前后整个装置的质量差可知产生的二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量再计算出碳酸钠的质量，进而确定样品中Na₂C0₃的质量分数，所以除了测定样品的质量，还需测定的另两个数据是反应前装有药品的整个装置的质量，反应后整个装置的质量，
故答案为：反应前装有药品的整个装置的质量；反应后整个装置的质量；
（5）测定NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的质量分数，可以用氯化钡或氯化钙将碳酸根离子沉淀，根据沉淀的质量可计算出碳酸钠的质量，进而确定样品中Na₂C0₃的质量分数，所以实验方法为称量一定质量的样品配成溶液，加入足量的BaCl₂溶液后得到沉淀，将沉淀进行过滤、洗涤、干燥、冷却、称量．由沉淀（BaCO₃）质量计算出Na₂CO₃的质量，最后计算出Na₂CO₃的质量分数，
故答案为：称量一定质量的样品配成溶液，加入足量的BaCl₂溶液后得到沉淀，将沉淀进行过滤、洗涤、干燥、冷却、称量．由沉淀（BaCO₃）质量计算出Na₂CO₃的质量，最后计算出Na₂CO₃的质量分数．

点评 本题以NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的质量分数的测定载体，考查了实验方案的设计、质量分数的计算等知识，内容较多，难度中等．