Question

【題目】某校課外小組為測定某碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質量分數，甲、乙兩組同學分別進行了下列相關實驗。

方案Ⅰ：甲組同學用質量法，按如圖所示的實驗流程進行實驗：

（1）實驗時，蒸發結晶操作中，除了鐵架臺(帶鐵圈)、酒精燈外，還要用到的儀器是________。

（2）有同學認為“加入適量鹽酸”不好控制，應改為“加入過量鹽酸”，便于操作且不影響測定的準確性，該觀點________(填“正確”或“不正確”)，其原因是___________________________。

（3）若實驗中測得樣品質量為46.4g，蒸發后固體質量為40.95g，則碳酸鈉的質量分數為________(保留3位有效數字)。

（4）蒸發結晶過程中若有固體飛濺，測得碳酸鈉的質量分數________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

方案Ⅱ：乙組同學的主要實驗流程如下：

按如圖所示裝置進行實驗：

（5）裝置B中的試劑為_______在裝置C中裝堿石灰來吸收凈化后的氣體，裝置D的作用是________________________。

（6）有的同學認為為了減小實驗誤差，在反應前后都通入N2，反應后通入N2的目的是________________________________________________________________________。

方案Ⅲ：氣體分析法

（7）把一定量樣品與足量稀硫酸反應后，用如圖裝置測量產生CO2氣體的體積，B中溶液最好采用________(填序號)使測量誤差較小。

a．飽和碳酸鈉溶液 b．飽和碳酸氫鈉溶液

c．飽和氫氧化鈉溶液 d．飽和硫酸銅溶液

Answer 1

【答案】蒸發皿、玻璃棒 正確 鹽酸易揮發，過量的鹽酸在加熱過程中揮發，不影響結果 45.7% 偏小 濃硫酸 吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保U形管中質量增加量的準確性 使A、B裝置中殘留的CO2全部被C裝置中的堿石灰吸收，減小實驗誤差 b

【解析】

方案Ⅰ：碳酸鈉質量和碳酸氫鈉質量之和為樣品總質量，樣品溶液中加入鹽酸，碳酸鈉和鹽酸反應生成氯化鈉溶液，碳酸氫鈉與鹽酸反應生成氯化鈉溶液，蒸發結晶，得NaCl固體，稱量NaCl固體質量，結合氯化鈉的質量、樣品總質量可計算碳酸鈉質量和碳酸氫鈉質量，進而求得碳酸鈉的質量分數；

方案Ⅱ：碳酸鈉質量和碳酸氫鈉質量之和為樣品總質量，樣品和硫酸反應產生二氧化碳氣體，用堿石灰將二氧化碳吸收，堿石灰增加的質量即為二氧化碳的質量，結合樣品總質量、二氧化碳質量可計算碳酸鈉的質量，進而求得碳酸鈉的質量分數；

方案Ⅲ：結合樣品的總質量、二氧化碳的體積計算碳酸鈉的質量，從而計算碳酸鈉的質量分數。

(1)蒸發結晶操作中，需要蒸發皿、酒精燈、玻璃棒等，故答案為：蒸發皿、玻璃棒；

(2)由分析可知，該方法原理利用樣品總質量和反應后所得氯化鈉的質量計算碳酸鈉的質量，從而計算碳酸鈉的質量分數，那么本實驗的關鍵是將碳酸鈉、碳酸氫鈉完全轉化為氯化鈉，改為“過量鹽酸”，能使碳酸鈉、碳酸氫鈉完全轉化為氯化鈉，便于操作且因鹽酸易揮發，過量的鹽酸在加熱過程中揮發不殘留，不影響結果，所以該觀點正確，故答案為：正確；鹽酸易揮發，過量的鹽酸在加熱過程中揮發，不影響結果；
(3)若實驗中測得樣品質量為46.4g，固體質量為40.95g，設碳酸鈉物質的量為x，碳酸氫鈉物質的量為y，則，由結合Na+守恒有：，聯立二式解得：，，碳酸鈉的質量分數為，故答案為：；
蒸發結晶過程中若有固體飛濺，氯化鈉質量減少，計算所得碳酸鈉質量減小，則碳酸鈉質量分數減小，故答案為：偏小；

A中的水蒸氣能被C中堿石灰吸收，引起實驗誤差，所以B的作用是防止A中的水蒸氣進入C中，故B中可盛放濃硫酸。空氣中的水蒸氣和二氧化碳會被堿石灰吸收，故D的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保U形管中質量增加量的準確性，故答案為：濃硫酸、吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保U形管中質量增加量的準確性；
該方案關鍵是要獲得產生的的質量，實驗前容器內含有空氣，空氣中含有二氧化碳、水蒸氣，會影響C的質量，反應后裝置中容器內含有二氧化碳，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，反應后通入的目的是：使A、B裝置中殘留的CO2全部被C裝置中的堿石灰吸收，減小實驗誤差，故答案為：使A、B裝置中殘留的CO2全部被C裝置中的堿石灰吸收，減小實驗誤差；

(7)利用測定反應生成的二氧化碳氣體體積的方法測定碳酸鈉的質量分數，關鍵是能準確測量反應生成的二氧化碳的體積，那么二氧化碳在B中的溶解度越小、越不反應越好，滿足條件的是飽和碳酸氫鈉溶液，故答案為：b。