Question

某天然碱（纯净物）可看作是由CO₂和NaOH反应后的产物所组成，其化学式为xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O．化学兴趣小组为确定x、y、z的值进行如下实验：取3.32g天然碱样品于装置Ⅰ或装置Ⅱ中加热至300℃，恒重后停止加热；过滤沉淀，烘干称重．

（1）按照上述实验过程，该化学兴趣小组至少使用

 

次天平．
（2）将天然碱样品加热，冷却至室温，称量其质量为b₁g，再次加热并冷却至室温称量其质量为b₂g，且b₁-b₂=0.3，接下来的操作应当是

 

．
（3）你认为选择

 

（填装置Ⅰ或装置Ⅱ）进行实验为佳．选择的理由是

 

．
（4）有一学生在加热过程中对剩余固体进行多次称重，（处理数据时已经减去仪器质量）并描出如图2所示曲线：
①写出t₁→t₂反应的化学方程式：

 

．
②通过上述曲线确定天然碱样品的化学式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根据实验目的、实验装置分析实验步骤，判断在实验过程中至少使用托盘天平的次数；
（2）给固体加热分解的实验中，两次称量的质量差必须小于0.1g，才算充分分解；
（3）装置Ⅰ中的试管中会有残留的二氧化碳气体，导致最后沉淀的二氧化碳的质量减小，影响测定结果；
（4）①根据加热xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O时结晶水先失去判断t₁→t₂的反应，并写出反应的化学方程式；
②根据图象中水的质量、碳酸氢钠分解导致固体减少的质量分别计算出水的物质的量、碳酸氢钠的物质的量，再根据2.96g为碳酸氢钠和碳酸钠的质量，而碳酸氢钠的质量已知，据此可以计算出碳酸钠的物质的量，最后根据三者物质的量之比计算出天然碱样品的化学式．

解答：解：（1）确定xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O中x、y、z的值，需要称量的质量有：加热前固体质量、称量大试管的质量、加热后大试管和固体的质量、澄清石灰水吸收二氧化碳之前质量和之后的质量，所以至少需要称量5次，
故答案为：5；
（2）称量其质量为b₁g，再次加热并冷却至室温称量其质量为b₂g，由于b₁-b₂=0.3＞0.1，必须满足b₁-b₂＜0.1时才可以认为固体完全分解，所以需要继续加热，
故答案为：继续加热；
（3）装置Ⅰ中，由于试管中会有少量的二氧化碳气体，造成测定的误差较大，影响测定结果；而装置Ⅱ使用空气将分解产物驱赶到澄清石灰水中，测定结果较准确，
故答案为：装置Ⅱ；选用装置Ⅰ会有少量CO₂仍留在试管中造成误差大；
（4）①xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O加热时先失去结晶水，从开始加热到t₁的过程为失去结晶水的过程；t₁→t₂反应的过程为碳酸氢钠分解生成碳酸钠，反应的化学方程式为：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案为：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑或xNa₂CO₃?yNaHCO₃

△   .

（x+y/2）Na₂CO₃+y/2H₂O+y/2CO₂↑；
②根据图象可知，结晶水的质量为：3.32g-2.96g=0.36g，n（H₂O）=

0.36g

18g/mol

=0.02mol，
t₁→t₂反应的过程中减少的质量为碳酸氢钠分解生成二氧化碳和水的质量，减少的质量为：2.96g-2.65g=0.31g，
根据反应2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑△m
        2mol                      62g      
        n                        0.31g     
碳酸氢钠的物质的量为：n（NaHCO₃）=

2mol×0.31g

62g

=0.01mol，2.96g固体中m（NaHCO₃）=84g/mol×0.01mol=0.84g，所以碳酸钠的质量为：2.96g-0.84g=2.12g，所以含有的碳酸钠的物质的量为：n（Na₂CO₃）=

2.12g

106g/mol

=0.02mol，故x：y：z=0.02：0.01：0.02=2：1：2，该天然碱样品的化学式为：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O，
 故答案为：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O．

点评：本题考查了探究确定天然碱样品的化学式的方法，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．