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(2009?厦门二模)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
加热
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:
2NaHCO3
  △  
.
 
Na2CO3+CO2↑+H2O
2NaHCO3
  △  
.
 
Na2CO3+CO2↑+H2O

(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:
加热至恒重,以保证NaHCO3全部分解
加热至恒重,以保证NaHCO3全部分解

方案二:纯碱样品溶液
氯化钙溶液
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:
洗涤沉淀
洗涤沉淀

(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:
106m2
m1
%
106m2
m1
%

(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
不变
不变
(填“偏高”、“偏低”或“不变”).
方案三:纯碱样品
硫酸
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
浓硫酸
浓硫酸

(2)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
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
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2NaHCO3
  △  
.
 
Na2CO3+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:2NaHCO3
  △  
.
 
Na2CO3+CO2↑+H2O
故答案为:2NaHCO3
  △  
.
 
Na2CO3+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
m2
100
×106g,则该样品中碳酸钠的质量分数为
m2
100
×106g
m1g
×100%=
106m2
m1
%.
故答案为:
106m2
m1
%.
(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.
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