Question

化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，試劑的純度是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)重要因素．氫氧化鈉是實(shí)驗(yàn)室的常備試劑，但因受空氣的影響而含有碳酸鈉雜質(zhì)．學(xué)會(huì)從不同角度去分析問(wèn)題一直是我們努力的方向，某化學(xué)研究性小組為測(cè)定混有碳酸鈉的氫氧化鈉樣品的純度提出如下幾種實(shí)驗(yàn)方案．

方案一  稱(chēng)取m₁g樣品溶于水，滴加足量BaC1₂溶液至沉淀完全，過(guò)濾、洗滌、干燥、稱(chēng)重得固體m₂g，計(jì)算NaOH的純度．
（1）如何證明沉淀已洗滌干凈

取最后的濾液少許與試管內(nèi)，滴加硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈．（或取最后的濾液少許與試管內(nèi)，滴加硫酸鈉溶液，若無(wú)白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈）

方案二 將m₁g樣品放入圓底燒瓶中，分液漏斗中裝入足量試劑X，測(cè)量產(chǎn)生CO₂的量有多種方式，該組甲、乙兩位同學(xué)提出了不同方法．
甲同學(xué)利用圖1裝置測(cè)量產(chǎn)生CO₂的體積
乙同學(xué)利用圖2裝置測(cè)量產(chǎn)生CO₂的質(zhì)量，乙同學(xué)的具體操作是：稱(chēng)量整個(gè)裝置的質(zhì)量為m₂g，加入足量試劑X使樣品完全反應(yīng)，然后通入足量的空氣后稱(chēng)量整個(gè)裝置的質(zhì)量為m₃g．
（2）裝置中的試劑分別是X：

稀硫酸

   Y：

飽和的碳酸氫鈉溶液

   Z：

無(wú)水CaCl₂

圖1裝置反應(yīng)后燒瓶中總會(huì)留有CO₂

否

 （填“是”、“否”）影響測(cè)出的CO₂的體積．
圖2裝置中若沒(méi)有通空氣的操作，則測(cè)得NaOH的純度

偏高

  （填“偏高”、“偏低”）
方案三  稱(chēng)取m g樣品配成 V mL溶液，取V₁ mL溶液滴加過(guò)量的BaCl₂溶液和幾滴酚酞，再用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸（濃度用c（HCl）表示）滴定，測(cè)出消耗鹽酸的體積為V₂  mL，用m、V、V₁、V₂、c（HCl）計(jì)算NaOH的純度．
（3）根據(jù)方案三計(jì)算NaOH的純度的表達(dá)式為（不必簡(jiǎn)化）：

V V1 ×c(HCl)×V2×10-3×40

m

×100%

．

Answer 1

分析：（1）反應(yīng)生成是碳酸鋇沉淀，沉淀會(huì)附著氯化鈉、氯化鋇等物質(zhì)，檢驗(yàn)最后的濾液中是否含有鋇離子或氯離子即可；
（2）甲同學(xué)利用X與樣品反應(yīng)生成二氧化碳，通過(guò)測(cè)定二氧化碳的體積計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算純度．乙同學(xué)利用X與樣品反應(yīng)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳從裝置中完全排出，通過(guò)反應(yīng)前后整套裝置的質(zhì)量差，測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量，計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算純度；
故使用的試劑X不能具有揮發(fā)性，否則會(huì)影響乙同學(xué)方案中二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，導(dǎo)致測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量偏大，故試劑X應(yīng)選擇稀硫酸；圖2中干燥管是吸收二氧化碳中的水蒸氣，防止影響二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，故應(yīng)固體Z具有吸水性，且不能吸收二氧化碳；圖1中利用排液體法測(cè)定二氧化碳的體積，故試劑Y不能溶解二氧化碳，故可以選擇飽和的碳酸氫鈉；
圖1裝置反應(yīng)后燒瓶中總會(huì)留有CO₂，二氧化碳排出空氣，占有原來(lái)空氣的體積，不影響測(cè)出的CO₂的體積；
圖2裝置中若沒(méi)有通空氣的操作，二氧化碳部分殘留在裝置內(nèi)，二氧化碳排出空氣，占有原來(lái)空氣的體積，但二氧化碳的摩爾質(zhì)量比空氣大，導(dǎo)致排出氣體的質(zhì)量減小，即測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量偏小；
（3）V₁ mL溶液中加過(guò)量的BaCl₂溶液和幾滴酚酞，再用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸（濃度用c（HCl）表示）滴定，滴定反應(yīng)為OH^-+H⁺=H₂O，
消耗鹽酸的物質(zhì)的量為c（HCl）×V₂×10^-3mol，故V₁ mL溶液中n（NaOH）=c（HCl）×V₂×10^-3mol，m g樣品中含有氫氧化鈉為

V

V1

×c（HCl）×V₂×10^-3mol，據(jù)此計(jì)算mg樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量，根據(jù)純度定義計(jì)算．

解答：解：（1）反應(yīng)生成是碳酸鋇沉淀，沉淀會(huì)附著氯化鈉、氯化鋇等物質(zhì)，檢驗(yàn)最后的濾液中是否含有鋇離子或氯離子即可，檢驗(yàn)方法是：取最后的濾液少許與試管內(nèi)，滴加硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈．（或取最后的濾液少許與試管內(nèi)，滴加硫酸鈉溶液，若無(wú)白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈），
故答案為：取最后的濾液少許與試管內(nèi)，滴加硝酸銀溶液，若無(wú)白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈．（或取最后的濾液少許與試管內(nèi)，滴加硫酸鈉溶液，若無(wú)白色沉淀生成，說(shuō)明洗滌干凈）；
（2）甲同學(xué)利用X與樣品反應(yīng)生成二氧化碳，通過(guò)測(cè)定二氧化碳的體積計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算純度．乙同學(xué)利用X與樣品反應(yīng)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳從裝置中完全排出，通過(guò)反應(yīng)前后整套裝置的質(zhì)量差，測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量，計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算純度．
故使用的試劑X不能具有揮發(fā)性，否則會(huì)影響乙同學(xué)方案中二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，導(dǎo)致測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量偏大，故試劑X應(yīng)選擇稀硫酸；圖2中干燥管是吸收二氧化碳中的水蒸氣，防止影響二氧化碳質(zhì)量的測(cè)定，故應(yīng)固體Z具有吸水性，且不能吸收二氧化碳，故Z以選用無(wú)水CaCl₂，圖1中利用排液體法測(cè)定二氧化碳的體積，故試劑Y不能溶解二氧化碳，故可以選擇飽和的碳酸氫鈉溶液；
圖1裝置反應(yīng)后燒瓶中總會(huì)留有CO₂，二氧化碳排出空氣，占有原來(lái)空氣的體積，不影響測(cè)出的CO₂的體積；
圖2裝置中若沒(méi)有通空氣的操作，二氧化碳部分殘留在裝置內(nèi)，二氧化碳排出空氣，占有原來(lái)空氣的體積，但二氧化碳的摩爾質(zhì)量比空氣大，導(dǎo)致排出氣體的質(zhì)量減小，即測(cè)定二氧化碳的質(zhì)量偏小，計(jì)算碳酸鈉的質(zhì)量偏小，氫氧化鈉的純度偏高，
故答案為：稀硫酸；飽和的碳酸氫鈉溶液；無(wú)水CaCl₂；否；偏高；
（3）V₁ mL溶液中加過(guò)量的BaCl₂溶液和幾滴酚酞，再用標(biāo)準(zhǔn)鹽酸（濃度用c（HCl）表示）滴定，滴定反應(yīng)為OH^-+H⁺=H₂O，
消耗鹽酸的物質(zhì)的量為c（HCl）×V₂×10^-3mol，故V₁ mL溶液中n（NaOH）=c（HCl）×V₂×10^-3mol，m g樣品中含有氫氧化鈉為

V

V1

×c（HCl）×V₂×10^-3mol，mg樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量為

V

V1

×c（HCl）×V₂×10^-3mol×40g/mol=

V

V1

×c（HCl）×V₂×10^-3×40g，故樣品中氫氧化鈉純度為

V V1 ×c(HCl)×V2×10-3×40

m

×100%，
故答案為：

V V1 ×c(HCl)×V2×10-3×40

m

×100%．

點(diǎn)評(píng)：本題考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理及裝置理解、對(duì)操作的評(píng)價(jià)、物質(zhì)含量的測(cè)定、中和滴定、化學(xué)計(jì)算等，難度中等，清楚實(shí)驗(yàn)原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與運(yùn)用知識(shí)分析問(wèn)題解決問(wèn)題的能力．