Question

16．純堿是工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的重要物質．某興趣小組為測定某工業(yè)純堿（假設僅含碳酸氫鈉雜質）中碳酸鈉的質量分數(shù)，設計了下列三種實驗方案進行探究．請?zhí)羁眨?br />方案一：純堿樣品$\stackrel{加熱}{→}$測定剩余固體質量
（1）分別稱取干燥坩堝和純堿樣品的質量，將純堿樣品放入坩堝中充分加熱（如右圖）．坩堝中發(fā)生反應的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）將坩堝置于干燥器中冷卻后稱量．實驗時需要重復“加熱一冷卻一稱量”操作多次，其目的是加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．

方案二：純堿樣品溶液$\stackrel{氧化鈣溶液}{→}$測定沉淀質量
（3）稱取m ₁g樣品，置于小燒杯中，加水溶解．向小燒杯中滴加足量氯化鈣溶液（如下圖），沉淀完全后，講混和物進行的后續(xù)兩步操作分別是用蒸餾水洗滌和干燥．
（4）沉淀經(jīng)干燥后稱量為m ₂g，則該樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)為$\frac{106{m}_{2}}{{m}_{1}}$%
（5）如果用過量的氫氧化鈣溶液代替氯化鈣溶液作沉淀劑，在其他操作正確的情況下，測得樣品中的碳酸鈉質量分數(shù)將比實際不變（填“偏高”、“偏低”或“不變”）．所涉及的離子反應方程式為：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O．
方案三：純堿樣品$\stackrel{硫酸}{→}$測定生成CO₂的質量
（6）本實驗采用圖3裝置，實驗中進行的第一步操作名稱是：檢查裝置氣密性，C中盛放的物質是濃硫酸
（7）反應前后都要通入N₂，反應后通入N₂的目的是排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收．
（8）要確定純堿樣品的純度，除了樣品的質量外，實驗還需要獲取的數(shù)據(jù)是：裝置D反應前后質量．

Answer 1

分析 方案一：（1）該方案原理為在加熱的條件下Na₂CO₃能夠穩(wěn)定存在，而NaHCO₃較易發(fā)生如下的分解反應2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）從而根據(jù)殘留的固體的量推算出樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)．該方案根據(jù)加熱后殘渣的質量來求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
方案二：該方案原理為在樣品中加入CaCl₂溶液，其中Na₂CO₃可與CaCl₂發(fā)生反應Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃與CaCl₂則不反應．從而根據(jù)產(chǎn)生的沉淀量，得出純堿的質量分數(shù)．方案關鍵是測定CaCO₃沉淀的質量，自然要保證沉淀完全，要正確過濾好．
（3）沉淀會附著氯化鈉、氯化鈣需要洗滌．
（4）根據(jù)碳酸鈣計算碳酸鈉質量，再根據(jù)質量分數(shù)定義計算碳酸鈉質量分數(shù)．
（5）在一定量樣品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此時分別發(fā)生如下反應Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均產(chǎn)生CaCO₃沉淀，根據(jù)樣品的總量和生成CaCO₃沉淀的量，就可得出純堿的質量分數(shù)．
方案三：該方案原理為一定量混合樣品與足量的稀硫酸分別發(fā)生如下反應Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O，
2 NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O↑，根據(jù)所產(chǎn)生的CO₂的質量，可以分別求得樣品中Na₂CO₃和NaHCO₃的質量從而得出純堿的質量分數(shù)．該方案關鍵是要獲得產(chǎn)生的CO₂的質量，在實驗前要檢查裝置的氣密性，要將裝置中的CO₂全部被堿石灰所吸收，要稱量堿石灰在吸收CO₂前后的質量．
（6）本實驗采用圖3裝置，實驗中進行的第一步操作名稱是檢查裝置是否漏氣，C裝置干燥二氧化碳．
（7）實驗前容器內(nèi)含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會影響生成的二氧化碳的量，反應后裝置中容器內(nèi)含有二氧化碳，不能被C中堿石灰完全吸收，導致測定結果有較大誤差；
（8）要確定純堿樣品的純度，除了樣品的質量外，還需要測定生成CO₂的質量；

解答 解：方案一：
（1）坩堝中發(fā)生反應的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）該方案根據(jù)加熱后殘渣的質量來求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解．
故答案為：加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解；
方案二：
（3）碳酸鈣沉淀會附著氯化鈉、氯化鈣，過濾后需用蒸餾水洗滌，干燥．
故答案為：用蒸餾水洗滌，干燥；
（4）沉淀經(jīng)干燥后稱量為m₂g，碳酸鈣物質的量等于碳酸鈉物質的量，所以碳酸鈉的質量為$\frac{{m}_{2}}{100}$×106g，則該樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)為$\frac{\frac{{m}_{2}}{100}×106}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{106{m}_{2}}{{m}_{1}}$%．
故答案為：$\frac{106{m}_{2}}{{m}_{1}}$%．
（5）在一定量樣品中加入足量Ca（OH）₂溶液，此時分別發(fā)生如下反應Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均產(chǎn)生CaCO₃沉淀，根據(jù)樣品的總量和生成CaCO₃沉淀的量，可以計算碳酸鈉質量，就可得出純堿的質量分數(shù)．故用氫氧化鈣溶液代替氯化鈣溶液作沉淀劑，在其他操作正確的情況下，測得樣品中的碳酸鈉質量分數(shù)不變，所涉及的離子反應方程式為：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O，
故答案為：不變，CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，HCO₃^-+Ca²⁺+OH^-=CaCO₃↓+H₂O；
方案三：
（6）本實驗采用圖3裝置，實驗中進行的第一步操作名稱是檢查裝置氣密性，C裝置干燥二氧化碳，所以C中盛放的物質是濃硫酸；
故答案為：檢查裝置氣密性，濃硫酸；
（7）該方案關鍵是要獲得產(chǎn)生的CO₂的質量，實驗前容器內(nèi)含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會影響生成的二氧化碳的量，反應后裝置中容器內(nèi)含有二氧化碳，不能被C中堿石灰完全吸收，導致測定結果有較大誤差，所以反應前后都要通入N₂，反應后通入N₂的目的是：排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收．
故答案為：排盡裝置內(nèi)的空氣，將生成的二氧化碳從容器內(nèi)排出，被D裝置中堿石灰吸收；
（8）測定生成CO₂的質量是測定裝置D反應前后質量變化得到二氧化碳質量，
故答案為：裝置D反應前后質量；

點評 本題考查了以實驗探究“工業(yè)純堿（假設僅含碳酸氫鈉雜質）中碳酸鈉的質量分數(shù)”為載體，對于實驗原理與裝置理解評價、實驗基本操作、化學計算等，難度中等，題目涉及到的小蘇打和純堿的化學知識是多方面的，構成了一道多角度的探究題．