Question

纯碱是工业生产和日常生活中的重要物质．某兴趣小组为测定某工业纯碱（假设仅含碳酸氢钠杂质）中碳酸钠的质量分数，设计了下列三种实验方案进行探究．请填空：

方案一：纯碱样品测定剩余固体质量

（1）分别称取干燥坩埚和纯碱样品的质量，将纯碱样品放入坩埚中充分加热（如右图）．坩埚中发生反应的化学方程式为：  ．

（2）将坩埚置于干燥器中冷却后称量．实验时需要重复“加热、冷却、称量”操作多次，其目的是：  ．

方案二：纯碱样品溶液测定沉淀质量

（1）称取m₁g样品，置于小烧杯中，加水溶解．向小烧杯中滴加足量氯化钙溶液（如图）．将反应混和物过滤后的下一步操作是：  ．

（2）沉淀经干燥后称量为m₂g，则该样品中碳酸钠的质量分数为：    %．

（3）如果用氢氧化钙溶液代替氯化钙溶液作沉淀剂，在其他操作正确的情况下，测得样品中的碳酸钠质量分数将比实际  （填“偏高”、“偏低”或“不变”）．

方案三：纯碱样品测定生成二氧化碳的质量

（1）本实验采用vk图装置，C中盛放的物质是  ．

（2）反应前后都要通入N₂，反应后通入N₂的目的是：     

Answer 1

考点：  探究物质的组成或测量物质的含量．

专题：  实验探究和数据处理题．

分析：  方案一：该方案原理为在加热的条件下Na₂CO₃能够稳定存在，而NaHCO₃较易发生如下的分解反应2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，从而根据残留的固体的量推算出样品中碳酸钠的质量分数．该方案根据加热后残渣的质量来求解，要加热至恒重，以保证NaHCO₃全部分解．

方案二：该方案原理为在样品中加入CaCl₂溶液，其中Na₂CO₃可与CaCl₂发生反应Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃与CaCl₂则不反应．从而根据产生的沉淀量，得出纯碱的质量分数．

方案关键是测定CaCO₃沉淀的质量，自然要保证沉淀完全，要正确过滤好．

（1）沉淀会附着氯化钠、氯化钙．

（2）根据碳酸钙计算碳酸钠质量，再根据质量分数定义计算碳酸钠质量分数．

（3）在一定量样品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此时分别发生如下反应Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，

NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均产生CaCO₃沉淀，根据样品的总量和生成CaCO₃沉淀的量，就可得出纯碱的质量分数．

方案三：该方案原理为一定量混合样品与足量的稀硫酸分别发生如下反应Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O，

2 NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O↑，根据所产生的CO₂的质量，可以分别求得样品中Na₂CO₃和NaHCO₃的质量从而得出纯碱的质量分数．该方案关键是要获得产生的CO₂的质量，在实验前要检查装置的气密性，要将装置中的CO₂全部被碱石灰所吸收，要称量碱石灰在吸收CO₂前后的质量．

（1）C装置干燥二氧化碳．

（2）实验前容器内含有空气，空气中含有二氧化碳，会影响生成的二氧化碳的量，反应后装置中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差．

解答：  解：方案一：

（1）坩埚中发生反应的化学方程式为：2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

故答案为：2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．保证NaHCO₃全部分解．

（2）该方案根据加热后残渣的质量来求解，要加热至恒重，以保证NaHCO₃全部分解．

故答案为：加热至恒重，以保证NaHCO₃全部分解．

方案二：

（1）碳酸钙沉淀会附着氯化钠、氯化钙，过滤后需用蒸馏水洗涤．

故答案为：用蒸馏水洗涤．

（2）沉淀经干燥后称量为m₂g，碳酸钙物质的量等于碳酸钠物质的量，所以碳酸钠的质量为×106g，则该样品中碳酸钠的质量分数为×100%=%．

故答案为：%．

（3）在一定量样品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此时分别发生如下反应Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，

NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均产生CaCO₃沉淀，根据样品的总量和生成CaCO₃沉淀的量，可以计算碳酸钠质量，就可得出纯碱的质量分数．故用氢氧化钙溶液代替氯化钙溶液作沉淀剂，在其他操作正确的情况下，测得样品中的碳酸钠质量分数不变．

故答案为：不变．

方案三：

（1）C装置干燥二氧化碳，所以C中盛放的物质是浓硫酸．

（2）该方案关键是要获得产生的CO₂的质量，实验前容器内含有空气，空气中含有二氧化碳，会影响生成的二氧化碳的量，反应后装置中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差，所以反应前后都要通入N₂，反应后通入N₂的目的是：排尽装置内的空气，将生成的二氧化碳从容器内排出，被D装置中碱石灰吸收．

故答案为：排尽装置内的空气，将生成的二氧化碳从容器内排出，被D装置中碱石灰吸收．

点评：  以实验探究“工业纯碱（假设仅含碳酸氢钠杂质）中碳酸钠的质量分数”为载体，考查学生对于实验原理与装置理解评价、实验基本操作、化学计算等，难度中等，题目涉及到的小苏打和纯碱的化学知识是多方面的，构成了一道多角度的探究题．