Question

兩組同學(xué)對(duì)碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物與酸的反應(yīng)進(jìn)行探究．
Ⅰ．一組同學(xué)用下圖裝置來測(cè)定混合物中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（鐵架臺(tái)、鐵夾等在圖中均已略去），實(shí)驗(yàn)步驟如下：
①按圖連接裝置，并檢查氣密性；
②準(zhǔn)確稱得盛有堿石灰的干燥管C的質(zhì)量為83.40g；
③準(zhǔn)確稱得5.08g混合物放入容器b中；
④打開分液漏斗a的旋塞，緩緩滴入稀硫酸，至不再產(chǎn)生氣泡為止；
⑤稱取反應(yīng)后干燥管C的質(zhì)量．
試回答：
（1）若沒有B裝置，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果

 

（填“偏大”或“偏小”）．
（2）D裝置的作用是

 

．
（3）有同學(xué)質(zhì)疑，該小組在實(shí)驗(yàn)過程中，即使保證沒有氣體外逸，測(cè)得的結(jié)果仍將偏高，其原因可能是

 

．
（4）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后（改進(jìn)裝置圖略，原實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不變），測(cè)得反應(yīng)后干燥管C的總質(zhì)量為85.60g．計(jì)算混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為

 

%（計(jì)算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．
Ⅱ．另一組同學(xué)認(rèn)為一定量的混合物中，當(dāng)碳酸鈉的含量不同時(shí)消耗硫酸的量也不同，對(duì)此進(jìn)行了探究．向總物質(zhì)的量為0.5mol碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物（其中碳酸鈉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x）中滴加0.5mol?L^-1硫酸至不再產(chǎn)生氣泡為止，則至少需硫酸的體積y隨x的變化關(guān)系為y=

 

；
在圖畫出y隨x變化的曲線．

Answer 1

考點(diǎn)：有關(guān)混合物反應(yīng)的計(jì)算,探究碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)

專題：計(jì)算題,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：Ⅰ．實(shí)驗(yàn)原理為：一定量的碳酸鈉、碳酸氫鈉與硫酸反應(yīng)生成二氧化碳，利用B中濃硫酸干燥、吸收二氧化碳中水蒸氣，用C中堿石灰吸收二氧化碳，根據(jù)C裝置增重確定生成二氧化碳的質(zhì)量，列方程計(jì)算出各自的質(zhì)量，進(jìn)而確定混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，D裝置防止二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置，由于A中產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)殘留在A、B裝置中，不能被C中的堿石灰吸收吸收，反應(yīng)中碳酸鈉、碳酸氫鈉中碳元素都轉(zhuǎn)化到二氧化碳中，碳酸鈉中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于碳酸氫鈉，故生成二氧化碳的質(zhì)量越小，碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大；
Ⅱ．首先發(fā)生反應(yīng)2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，然后發(fā)生反應(yīng)2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O，結(jié)合方程式確定y與x的關(guān)系，據(jù)此作圖．

解答： 解：Ⅰ．實(shí)驗(yàn)原理為：一定量的碳酸鈉、碳酸氫鈉與硫酸反應(yīng)生成二氧化碳，利用B中濃硫酸干燥、吸收二氧化碳中水蒸氣，用C中堿石灰吸收二氧化碳，根據(jù)C裝置增重確定生成二氧化碳的質(zhì)量，列方程計(jì)算出各自的質(zhì)量，進(jìn)而確定混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，D裝置防止二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置，
（1）B裝置中濃硫酸干燥、吸收二氧化碳中水蒸氣，若沒有B裝置，導(dǎo)致C中測(cè)定的二氧化碳質(zhì)量偏大，反應(yīng)中碳酸鈉、碳酸氫鈉中碳元素都轉(zhuǎn)化到二氧化碳中，碳酸鈉中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于碳酸氫鈉，故生成二氧化碳的質(zhì)量越大，碳酸鈉的質(zhì)量越小，會(huì)導(dǎo)致碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏小，
故答案為：偏�。�
（2）空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置會(huì)影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，D裝置防止二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置，
故答案為：防止二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入C裝置；
（3）由于A中產(chǎn)生的二氧化碳會(huì)殘留在A、B裝置中，不能被C中的堿石灰吸收吸收，導(dǎo)致C裝置中測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量偏小，反應(yīng)中碳酸鈉、碳酸氫鈉中碳元素都轉(zhuǎn)化到二氧化碳中，碳酸鈉中碳元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于碳酸氫鈉，故生成二氧化碳的質(zhì)量越小，碳酸鈉的質(zhì)量越小，導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏高，
故答案為：A中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w無法完全排出被C中的堿石灰吸收；
（4）測(cè)得反應(yīng)后干燥管C的總質(zhì)量為85.60g，則生成的二氧化碳質(zhì)量=85.60g-83.40g=2.2g，其物質(zhì)的量=

2.2g

44g/mol

=0.05mol，令Na₂CO₃、NaHCO₃的物質(zhì)的量分別為xmol、ymol，則：

x+y=0.05 106x+84y=5.08

，解得x=0.04、y=0.01
故混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

0.04mol×106g/mol

5.08g

×100%=83.46%，
故答案為：83.46；
Ⅱ．取0.5mol碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物，其中碳酸鈉的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為x，則碳酸鈉為0.5x mol，碳酸氫鈉為0.5（1-x）mol，滴加0.5mol?L^-1硫酸至不再產(chǎn)生氣泡為止，則：
    2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，
0.5x mol  0.25x mol  0.5x mol
碳酸鈉完全轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉后，碳酸氫鈉總物質(zhì)的量=0.5（1-x）mol+0.5x mol=0.5mol，
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O
0.5mol  0.25mol
故消耗硫酸的物質(zhì)的量=0.25x mol+0.25mol=（0.25x+0.25）mol，
故需要硫酸的體積y=

(0.25x+0.25)mol

0.5mol/L

=（0.5x+0.5）L，
y隨x變化的曲線圖為，
故答案為：0.5x+0.5；．

點(diǎn)評(píng)：本題考查物質(zhì)含量的測(cè)定，涉及化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算等，明確測(cè)定原理是關(guān)鍵，側(cè)重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的綜合考查與遷移應(yīng)用，難度中等．