Question

我國著名的閩籍制堿專家侯德榜，在純堿制造方面做出了重大貢獻。用“侯氏制堿法”制得的純堿中常含有氯化鈉等雜質，化學興趣小組欲對某品牌純堿樣品中碳酸鈉的質量分數進行實驗探究，在老師的指導下，他們設計了下列兩種實驗方案進行試驗。
資料摘要：堿石灰常用于吸收水蒸氣和二氧化碳。
[方案一]樣品與氯化鈣溶液反應,測定Na₂CO₃的質量分數
（1）樣品與氯化鈣溶液的反應實驗（雜質不與氯化鈣溶液反應）：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取一定量純堿樣品配成溶液后，滴加足量的CaCl2溶液。	產生白色沉淀	反應的化學方程式：

 
（2）分析滴加的CaCl₂溶液要足量的原因：                      。
（3）將反應后的混合物進行過濾，把獲得的沉淀物進行洗滌、干燥、稱量。利用沉淀物質量計算Na₂CO₃的質量分數為91%。如果不洗滌沉淀物會造成測定結果大于91%，這是因為         。
[方案二] 樣品與稀鹽酸反應,測定Na₂CO₃的質量分數利用下圖所示實驗裝置（鐵架臺略去）和試劑，通過測定樣品和稀鹽酸反應產生的CO₂氣體的質量，計算Na₂CO₃的質量分數（裝置氣密性良好，忽略鹽酸的揮發性且每步反應或作用都是完全的）。

（4）打開止水夾K，先對裝置A和B（已連接）通入已除去CO₂的空氣一會兒，以排盡裝置A和B中含有的    ，再接上裝置C和D。
（5）關閉止水夾K，加入足量的稀鹽酸（雜質不與鹽酸反應）。待裝置A中的反應結束后，再一次打開止水夾K，繼續往裝置通入已除去CO₂的空氣一會兒，目的是                   。裝置   （填標號）在反應前后的質量差就是產生CO₂的質量，由此計算出該樣品中Na₂CO₃的質量分數。若沒有裝置D，將會使測定結果   （選填“偏大”或“偏小”）。
（6）某純堿樣品中含有雜質NaCl，為測定該樣品中Na₂CO₃的質量分數，稱取純堿樣品6 g，放入20 g水中使其完全溶解，再加入稀鹽酸26.2 g，恰好完全反應，反應后溶液的總質量為50 g。試計算：①生成二氧化碳的質量；②樣品中Na₂CO₃的質量分數。（寫出計算過程，結果保留一位小數）

Answer 1

（1）Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；
（2）使碳酸鈉完全反應；
（3）附著可溶性物質（或雜質）使沉淀物質量增加；
（4）二氧化碳；
（5）使生成的二氧化碳全部被C裝置中的氫氧化鈉吸收；C；偏大；
（6）2.2g；88.3% .

解析試題分析：（1）碳酸鈉溶液和氯化鈣溶液反應生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，反應的化學方程式：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；
（2）滴加的CaCl₂溶液要足量的原因是：使碳酸鈉完全反應；
（3）不洗滌碳酸鈣表面可能會附著一層可溶性物質使沉淀物質量增加，由化學方程式計算出的碳酸鈉的質量增大從而導致樣品中Na₂CO₃的質量分數偏大；
（4）空氣中含有二氧化碳，所以打開止水夾K，先對裝置A和B（已連接）通入已除去CO₂的空氣一會兒，以排盡裝置A和B中含有的二氧化碳，再接上裝置C和D；
（5）裝置中反應前是空氣，而反應后是生成的二氧化碳，繼續往裝置通入已除去CO₂的空氣一會兒，使生成的二氧化碳全部被C裝置中的氫氧化鈉吸收，以減少誤差；由質量守恒定律可知裝置C中反應前后的質量差就是產生CO₂的質量，裝置D的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入裝置C，所以若沒有裝置D，將會使測定結果偏大；
（6）①根據質量守恒定律計算生成CO₂的質量：6g+20g+26.2g-50 g=2.2 g
②根據反應方程式和生成CO₂的質量，計算純堿樣品中Na₂CO₃的質量，進而求出該純堿樣品中Na₂CO₃的質量分數：樣品中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O
106                44
x                 2.2g 
＝
解得x=5.3g
則該純堿樣品中碳酸鈉的質量分數為×100%≈88.3%；
答：①生成二氧化碳的質量2.2g；②該純堿樣品中Na₂CO₃質量分數為88.3%．
考點：實驗探究物質的組成成分以及含量；常見氣體的檢驗與除雜方法；鹽的化學性質；質量守恒定律及其應用；書寫化學方程式、文字表達式、電離方程式；根據化學反應方程式的計算