Question

18．實驗室現有一種含有純堿、小蘇打的固體粉末樣品．為了測定其中小蘇打的含量，某化學興趣小組的同學在老師的指導下，利用如下圖所示裝置（部分固定裝置已略去）進行實驗．加熱條件下，純堿穩定不分解，小蘇打易分解，反應的化學方程式為：2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．堿石灰是CaO與NaOH的固體混合物；已知，該裝置氣密性良好，A、C、D中所裝藥品足量且能完全吸收相關物質．探究過程如下：

Ⅰ．稱量樣品和已裝入相關藥品的C、D質量，分別為：m、m_C1、，m_D1．
Ⅱ．將質量為m的樣品裝入B玻璃管中，按圖連接好裝置，進行操作X．
Ⅲ．關閉彈簧夾a、b，打開彈簧夾c，給玻璃管加熱．
Ⅳ．待玻璃管中樣品完全反應，打開彈簧夾a通入空氣，再熄滅酒精燈，直到玻璃管冷卻．
Ⅴ．再次稱量C、D的質量，分別為 m_C2、m_D2．
請回答下列問題：
（1）步驟Ⅱ中操作X具體為關閉彈簧夾c，打開彈簧夾a、b，并通入空氣；
（2）C中所裝藥品為濃硫酸；
（3）D中發生反應的化學方程式為2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（4）步驟Ⅳ打開彈簧夾a通入空氣，再熄滅酒精燈，直到玻璃管冷卻的多重作用是將殘留的CO₂與水蒸氣趕走或防倒吸；
（5）依據實驗實際，選擇實驗所得數據，該樣品中小蘇打含量的表達式為$\frac{42（{m}_{D2}-{m}_{D1}）}{11m}$．

Answer 1

分析 （1）根據裝置內的空氣中含有二氧化碳進行分析；
（2）根據濃硫酸具有吸水，二氧化碳與氫氧化鈉反應之前，要先進行干燥進行分析；
（3）根據氫氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸鈉和水進行分析；
（4）根據裝置內的二氧化碳、水蒸氣影響實驗結果，裝置內溫度降低，會造成內外氣壓差進行分析；
（5）根據D裝置中增加的質量是二氧化碳，然后結合碳酸氫鈉受熱分解會生成碳酸鈉、水和二氧化碳進行計算．

解答 解：（1）裝置內的空氣中含有二氧化碳，所以連接好裝置，關閉彈簧夾c，打開彈簧夾a、b，并通入空氣，是排凈裝置內的二氧化碳，防止造成實驗誤差；
（2）濃硫酸具有吸水，二氧化碳與氫氧化鈉反應之前，要先進行干燥，所以C中所裝藥品為濃硫酸；
（3）氫氧化鈉和二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，化學方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（4）裝置內的二氧化碳、水蒸氣影響實驗結果，裝置內溫度降低，會造成內外氣壓差，所以步驟Ⅳ打開彈簧夾a通入空氣，再熄滅酒精燈，直到玻璃管冷卻的多重作用是：將殘留的CO₂與水蒸氣趕走或防倒吸；
（5）設，樣品中小蘇打的質量分數為x，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
   168                            44
   mx                       （m_D2-m_D1）g
$\frac{168}{mx}=\frac{44}{（{m}_{D2}-{m}_{D1}）g}$
x=$\frac{42（{m}_{D2}-{m}_{D1}）}{11m}$．
故答案為：（1）關閉彈簧夾c，打開彈簧夾a、b，并通入空氣；
（2）濃硫酸；
（3）2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（4）將殘留的CO₂與水蒸氣趕走或防倒吸；
（5）$\frac{42（{m}_{D2}-{m}_{D1}）}{11m}$．

點評 本題以實驗探究的形式考查碳酸氫鈉、二氧化碳的性質，同學們要具有綜合的化學知識才能做好此題．