Question

為測定碳酸鈉與碳酸氫鈉混合物樣品中碳酸鈉的質量分數，設計如下實驗方案：
（1）方案一：按如圖裝置進行實驗，并回答以下問題．
①實驗前先

 

，分液漏斗中應該裝

 

（鹽酸或硫酸），D裝置的作用是

 

．
②實驗中除稱量樣品質量外，還需稱

 

裝置前后質量的變化．
③據此實驗得到的數據，結果有誤差．因為實驗裝置還存在一個明顯缺陷，該缺陷是

 

．
（2）方案二：稱取一定量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解，向小燒杯中加入足量氯化鋇溶液，過濾、洗滌、干燥沉淀，稱量固體質量，計算．
①過濾操作中，除了燒杯外還用到的玻璃儀器有

 

；
②如加入試劑改為氫氧化鋇，已知稱得樣品19.0g，干燥的沉淀質量為39.4g，則樣品中碳酸鈉的質量分數為

 

（計算結果保留兩位有效數字）．
（3）方案三：除以上兩方案以外，請你再設計一種簡單方案來測定樣品中碳酸鈉的質量分數．

 

．

Answer 1

分析：（1）①制備氣體實驗，實驗前應先檢驗裝置氣密性；鹽酸具有揮發性，會影響實驗結果；D干燥管中的堿石灰吸收空氣中的水蒸氣、二氧化碳，防止進入裝置C影響測定結果；
②需要根據C裝置的質量差計算出生成的二氧化碳的質量；
③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；
（2）①根據過濾操作使用的儀器完成；
②根據沉淀碳酸鋇的質量計算出碳酸鋇的物質的量，然后設出碳酸鈉、碳酸氫鈉的物質的量，根據碳酸鋇的物質的量和樣品質量列式計算即可；
（3）可以通過將樣品充分加熱，利用反應前后的質量差計算出碳酸氫鈉的質量，再計算出碳酸鈉的質量．

解答：解：（1）①實驗前，需要檢查圖示裝置中的氣密性是否良好；由于鹽酸具有揮發性，影響測定結果，所以選用硫酸；為了避免空氣中水分和二氧化碳進入C裝置，影響測定結果，所以用D裝置吸收空氣中的二氧化碳和水，
故答案為：檢查裝置的氣密性；硫酸； 防止空氣中水蒸氣、二氧化碳進入C管被吸收； 
②知道了樣品的質量，還需要測量出樣品與稀硫酸反應生成的二氧化碳的質量，圖中利用裝置C吸收二氧化碳，所以需要稱量C裝置的反應前后質量，
故答案為：C；
 ③由于裝置A和裝置B中存有的二氧化碳沒有完全被排出，導致反應生成的二氧化碳沒有被裝置C完全吸收，影響了測定結果，
故答案為：A、B中殘留的CO₂未全部被C吸收；
（2）①過濾操作中，除了燒杯外還用到漏斗、玻璃棒，
故答案為：玻璃棒、漏斗； 
②此時發生如下反應Na₂CO₃+BaCl₂═BaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃與BaCl₂則不反應，產生BaCO₃沉淀；樣品19.0g，干燥的沉淀質量為39.4g，沉淀為碳酸鋇沉淀，物質的量為

39.4g

197g/mol

=0.2mol，設碳酸鈉的物質的量為xmol，碳酸氫鈉的物質的量為ymol，
則：106x+84y=19.0，x+y=0.2mol，
解得：x=0.1mol，y=0.1mol，
碳酸鈉物質的量為0.1mol，所以碳酸鈉質量分數為

0.1mol×106g/mol

19.0g

×100%≈56%，
故答案為：56%；
（3）還可以加熱樣品，使碳酸氫鈉完全分解，利用反應前后固體的質量差計算出碳酸氫鈉的質量，再計算出碳酸氫鈉的質量分數，方法為：稱取一定量樣品充分加熱后，再稱取殘留物的質量，計算可得樣品中碳酸鈉的質量分數，
故答案為：稱取一定量樣品充分加熱后，再稱取殘留物的質量，計算可得樣品中碳酸鈉的質量分數．

點評：本題以實驗探究“測定碳酸鈉與碳酸氫鈉混合物樣品中碳酸鈉的質量分數”為載體，考查學生對于實驗原理與裝置理解評價、實驗基本操作、化學計算等，難度中等，題目涉及到的小蘇打和純堿的化學知識是多方面的，構成了一道多角度的探究題．