Question

10．化学兴趣小组的同学为测定某Na₂ CO₃和NaCl的固体混合物样品中Na₂CO₃的质量分数进行了以下实验，请你参与并完成对有关问题的解答．

（1）甲同学用图1所示装置测定CO₂的质量．实验时稀硫酸是与样品中的Na₂CO₃ （填“Na₂CO₃”或“NaCl”）发生反应．仪器b的名称是分液漏斗．洗气瓶c中盛装的是浓硫酸，此浓硫酸的作用是除去CO₂中的水蒸气．
（2）乙同学用图2所示装置，取一定质量的样品（为m g；已测得）和足量稀硫酸反应进行实验，完成样品中Na₂CO₃”质量分数的测定．
①实验前，检查该装置气密性的方法是先打开活塞a，由b注入水至其下端玻璃管中形成一段水柱，再将针筒活塞向内推压，若b下端玻璃管中的液面上升，则装置气密性良好．
②在实验完成时，能直接测得的数据是CO₂的体积  （填“体积”或“质量”）．
（3）丙同学用图3所示方法和步骤实验：
①操作I涉及的实验名称有过滤、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、称量．
②丙测得的样品中Na₂CO₃质量分数的计算式为$\frac{106y}{197}$×100%（用含x、y的代数式表示）．
（4）标准状况下，将672mL CO₂气通入50mL1mol/LKOH溶液中，完全反应后，所得溶液中K₂CO₃和KHCO₃的物质的量之比为（设反应前后溶液体积变化忽略不计）2：1．

Answer 1

分析 （1）依据装置和试剂分析，硫酸和样品中的碳酸钠反应，仪器b是加入液体的仪器可以控制加入的量，是分液漏斗；反应过程中含有水蒸气，可以利用浓硫酸干燥二氧化碳气体；
（2）①使用注射器改变瓶内气体的多少而改变瓶内压强；当将针筒活塞向内推压时，瓶内气体被压缩，压强增大，瓶内液体则会被压入长颈漏斗内，b下端玻璃管中液面上升，可以说明装置气密性良好；
②装置中 加入硫酸和碳酸钠反应生成二氧化碳，注射器活塞被向外推出，可以测定二氧化碳的体积；
（3）①依据流程分析可知，加入氢氧化钡溶液和碳酸钠 反应生成碳酸钡沉淀，通过过滤得到沉淀，洗涤后称重得到沉淀碳酸钡质量；
②依据沉淀质量计算物质的量，依据碳元素守恒计算碳酸钠质量，计算样品中碳酸钠的质量分数；
（4）依据CO₂+2KOH═K₂CO₃+H₂O CO₂+KOH═KHCO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：2，产物为K₂CO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：1，产物为KHCO₃，以此计算．

解答 解：（1）依据装置和试剂分析，硫酸和样品中的碳酸钠反应，仪器b是加入液体的仪器可以控制加入的量，是分液漏斗；反应过程中含有水蒸气，可以利用浓硫酸干燥二氧化碳气体，
故答案为：Na₂CO₃；分液漏斗；除去CO₂中的水蒸气；
（2）①使用注射器改变瓶内气体的多少而改变瓶内压强；当将针筒活塞向内推压时，瓶内气体被压缩，压强增大，瓶内液体则会被压入长颈漏斗内，b下端玻璃管中液面上升，可以说明装置气密性良好，故答案为：液面；
②在实验完成时，反应后可以利用注射器读取生成气体的体积，能直接测得的数据是CO₂的体积，故答案为：体积；
（3）①流程分析可知，加入氢氧化钡溶液和碳酸钠 反应生成碳酸钡沉淀，通过过滤得到沉淀，洗涤后称重得到沉淀碳酸钡质量，
故答案为：过滤；称量；
 ②流程分析判断沉淀质量为yg，物质的量=$\frac{yg}{197g/mol}$=$\frac{y}{197}$mol；碳酸钠物质的量和碳酸钡物质的量相同，样品质量为Xg，则碳酸钠质量为$\frac{y}{197}$mol×106g/mol；
所以碳酸钠的质量分数=$\frac{\frac{106y}{197}mol}{x}$×100%=$\frac{106y}{197}$×100%，
故答案为：$\frac{106y}{197}$×100%；
（4）CO₂+2KOH═K₂CO₃+H₂O CO₂+KOH=KHCO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：2，产物为K₂CO₃，n（CO₂）：n（KOH）=1：1，产物为KHCO₃，标准状况下，将672mL CO₂气体物质的量=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$=0.03mol；通入50mL 1mol/L KOH溶液中，n（KOH）=0.05L×1mol/L=0.05mol，n（CO₂）：n（KOH）=0.03：0.05=3：5，所以1：2＜3：5＜1：1，二氧化碳和氢氧化钾全部反应生成碳酸钾和碳酸氢钾，利用直平法写出反应的化学方程式为：3CO₂+5KOH═KHCO₃+2K₂CO₃+2H₂O，则n（K₂CO₃）：n（KHCO₃）=2：1，
故答案为：2：1．

点评 本题考查了物质性质的实验验证和含量测定方法分析判断，混合物中物质质量分数的计算方法和应用，题目难度中等．