Question

同學們在化學實驗室發現，盛放NaOH溶液的試劑瓶瓶口和橡皮塞上出現了白色粉末．
[提出問題]盛放NaOH溶液的試劑瓶瓶口的白色粉末究竟是什么物質？
[查閱資料]（1）已知玻璃的主要成分是二氧化硅（Si0₂），它具能與CO₂、SO₂相似的化學性質，與氫氧化鈉反應產生的硅酸鈉（Na₂SiO₃）和水，硅酸鈉也是一種白色固體，俗稱“水玻璃”，它是一種凝膠，能將玻璃粘結在一起；
（2）硅酸鈉和鹽酸或硫酸能發生復分解反應，產生的硅酸（H₂SiO₃）是一種白色難溶解于水的固體．
[成分分析]同學們依據所學的化學知識結合從資料中獲取的信息，對這種白色粉末的成分作了如下猜想：
①小軍可能是Na₂CO₃和Na₂SiO₃的混合物；
②小紅可能是NaOH、Na₂CO₃和Na₂SiO₃的混合物．
[實驗驗證]為了驗證猜想，小紅同學取少量上述白色粉末并完全溶于水，用pH試紙測得溶液的pH大于7，繼續向溶液中滴加稀鹽酸至過量，發現有氣體生成，同時還有白色沉淀出現．由此小紅認為自己的猜想成立．
（1）寫出下列有關化學反應的化學方程式：
①二氧化硅（Si0₂）和氫氧化鈉溶液的反應________；
②小紅的實驗中，白色沉淀形成的化學反應________．
[問題解答]
（2）實驗室里不同化學試劑的保存方法不盡相同．現有①NaOH溶液、②硝酸銀溶液、③大理石、④白磷、⑤稀硫酸等5種藥品可分別保存在下列各試劑瓶中，請把NaOH溶液和硝酸銀溶液的序號填寫在各試劑瓶下面的括號內：

A	B	C	D	E

（3）老師和同學們都認為小紅所得結論不正確，為什么？________．
[含量測定]在老師的指導下，同學們設計了實驗并通過實驗證明小軍的猜想成立．為進一步確定白色粉末中碳酸鈉的質量分數，他們設計了如下2種不同的實驗方案：
方案一：氣體分析法--取2.5g白色粉末樣品，放入錐形瓶（見下圖），加入足量的鹽酸充分反應，氣體最后通入氫氧化鈉溶液（假設氣體全部被氫氧化鈉吸收，忽略系統內空氣中CO₂的影響），兩次稱量盛氫氧化鈉溶液的洗氣瓶的質量，得前后兩次質量差為0.90g．

[實驗討論]
①向錐形瓶加入白色粉末樣品前，必須進行的操作是________；
②裝置E的作用是________；
③用B中NaHCO₃飽和溶液除去CO₂中混有的少量HCl氣體，B中的NaHCO₃溶液能否換成石灰水？請判斷并寫出理由________．
④老師和同學們都認為：不能根據以上實驗數據0.90g計算白色粉末中碳酸鈉的質量分數，理由是________；
⑤為達到準確測定白色粉末樣品中碳酸鈉的質量分數的目的，應該加以改進，你認為改進方法是________．
方案二：沉淀分析法--另取一定量白色粉末的樣品，按照下圖所示的過程進行實驗，測定產生的硅酸的質量以推算碳酸鈉的質量分數．

（1）“操作1”的名稱是_________；
（2）確定鹽酸是否適量的方法是________（說明實驗的操作、現象與結論）；
（3）若實驗中所取樣品的質量為3g，產生硅酸沉淀的質量為0.39g．計算該白色粉末中碳酸鈉的質量分數．
[反思評價]導致測定的結果偏大的原因可能是________．

Answer 1

解：[實驗驗證]（1）題干中已給出的反應物和生成物，結合方程式的書寫要求寫出．
[問題解答]（2）根據題干的中信息氫氧化鈉保存不能用玻璃塞，選C，硝酸銀見光易分解，用棕色瓶保存，選E．（3）因為NaOH和碳酸鈉溶液都呈堿性，PH都大于7，無法判斷出氫氧化鈉的存在．
故答案為：（1）Si0₂+2NaOH=Na₂SiO₃+H₂O； Na₂SiO₃+2HCl=2NaCl+H₂SiO₃↓；
（2）C：①； E：②
（3）不正確；因為碳酸鈉溶液的PH也大于7，所以不能證明NaOH的存在．
方案一：①做氣體連續的實驗，都要檢驗氣密性．
②D裝置有可能吸收空氣中二氧化碳，會造成實驗誤差，所以必須防止空氣中氣體進入．
③鹽酸和石灰水發生酸堿中和反應，使實驗無法完成，所以不能用石灰水．
④實驗的數據來源于吸收生成的二氧化碳，所以必須保證生成的二氧化碳被氫氧化鈉完全吸收，但反應結束后有部分二氧化碳滯留在前面的反應裝置中．
⑤從實驗目的出發分析必須將裝置中氣體排盡．
故答案為：
①檢驗裝置的氣密性；
②防止空氣的二氧化碳和水蒸氣進入反應體系．
③不能，應為在除去HCl的同時，CO₂可以被氫氧化鈣溶液吸收
④因為導氣管中和反應裝置中二氧化碳沒有被吸收．
⑤在A裝置中加一個帶水夾的導氣管橡膠管，反應結束后，向裝置中鼓入氫氣或氮氣，使裝置中CO₂全部被NaOH吸收．
方案二：（1）從操作后可知反應后分離為沉淀和溶液兩部分，所以操作是過濾．
（2）檢驗適量關鍵要證明加入的最后一滴出現新的現象．所以要有對比試驗現象．
（3）可根據化學方程式，列出質量比，結合沉淀的質量求解．
故答案為：
（1）過濾；
（2）當滴入鹽酸一滴出現渾濁，在繼續滴加一滴，沒有出現渾濁，證明鹽酸適量．
（3）設樣品中含硅酸鈉為xg
Na₂SiO₃+2HCl=2NaCl+H₂SiO₃↓
122 78
x 0.39g

解之得 x=0.61g
白色粉末中碳酸鈉的質量為3-0.61=2.39g
碳酸鈉的質量分數=×100%=79.7%
答：白色粉末中碳酸鈉的質量分數為79.7%
[反思評價]結果偏大，說明硅酸鈉的質量小，小的原因有兩個，一是沒有沉淀完，從題意來分析沉淀應沉淀完全，二是樣品中還有其它雜質，只可能是沒有變質的氫氧化鈉．
故答案為：白色粉末中含有沒有和空氣反應的NaOH．
分析：[實驗驗證]（1）根據題干中給出的反應物和生成物，結合方程式的書寫要求來作答．
[問題解答]（2）根據題干的中信息氫氧化鈉保存不能用玻璃塞，硝酸銀見光易分解．
（3）NaOH和碳酸鈉溶液都呈堿性．
方案一：①做氣體連續的實驗，都要檢驗氣密性．
②實驗必須保證D裝置吸收的是反應生成的二氧化碳．
③鹽酸和石灰水發生酸堿中和反應．
④實驗是否成功主要是二氧化碳的數據準確與否，必須保證二氧化碳全部被吸收．
⑤從實驗目的出發進行分析，設計．
方案二：（1）分析操作前后的目的．
（2）檢驗適量關鍵要證明加入的最后一滴出現新的現象．
（3）可根據化學方程式，列出質量比，結合沉淀的質量求解．
[反思評價]結果偏大，說明硅酸鈉的質量小，小的原因有兩個，一是沒有沉淀完，二是樣品中還有其它雜質．
點評：本題是一道綜合性實驗題，涉及知識點很多，也是實驗考試中的終點和難點，學生可以認真分析研究本題，從閱讀到提取有用信息，從分析到落筆，從思考到方法的總結多角度思考，以達到工具使用的效果．