Question

【题目】烧碱具有较好的杀菌消毒作用且廉价易得，但工业烧碱中常含有杂质碳酸钠。某科学学习小组同学围绕工业烧碱样品纯度测定问题，展开了讨论与探究。

（原理思路）利用Na2CO3与稀H2SO4反应产生CO2，通过CO2 质量的测定，确定样品中碳酸钠的质量，从而计算样品纯度。

（实验方案）小华同学根据以上思路，设计了如图的实验方案（固定装置省略）。如何检验A装置的气密性________________________。

（交流讨论）小明认为上图实验方案的设计有缺陷，会导致难以避免的误差。你认为下列哪些因素会导致实验结果偏高_____________（填序号）。

①加入的稀硫酸量不足 ②装置内空气中的CO2没有排出

③反应产生的CO2未被完全吸收 ④干燥管与空气直接相通

（方案改进）为减少误差，使CO2质量的测定更准确，该小组同学根据以上讨论，对上图方案进行改进，设计了如下图的实验方案（固定装置省略）。

（1）装置B中样品在与稀硫酸反应前和停止反应后，都要通过量的空气。反应前通空气时a、b、c三个弹簧夹的控制方法是_______________。停止反应后，通过量的空气的目的是__________。

（2）写出装置A中发生反应的化学方程式：_______________________。

（数据分析）

（3）若反应过程中，装置B中滴加稀硫酸的速度太快，则烧碱的纯度将____________（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）。

（4）若原样品共Ag，实验结束测得C装置增重Bg，D装置增重Cg，则原样品的纯度（质量分数）为_____________________________________。

（拓展延伸）

（5）D装置用装有氢氧化钠固体的U形管，而不用装有澄清石灰水的洗气瓶的原因：_________；请写出CO2与澄清石灰水反应的化学方程式：_______________________。

（6）实验结束后，小华、小明一起探讨时，发现按目前所学知识还有其它实验方案测定工业烧碱样品纯度，请你帮他们设计一个新方案：____________________________。

Answer 1

【答案】关闭分液漏斗的活塞，然后将导管放入水中，用双手紧握锥形瓶的外壁，观察导管口是否有气泡冒出 ①③ 关闭c、打开a、b 使生成的二氧化碳被氢氧化钠完全吸收 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 偏高 氢氧化钙微溶于水，所以石灰水可能无法将生成的二氧化碳完全吸收 CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O 取一定量的烧碱样品完全溶解于水中，然后向溶液中逐滴加入氯化钡溶液，直到不再产生沉淀为止，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量，然后利用生成的碳酸钡沉淀的质量，利用化学方程式Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl计算出碳酸钠的质量，最后根据烧碱样品的质量即可计算出其纯度.

【解析】

[实验方案]检查装置A气密性的方法是关闭分液漏斗的活塞，然后将导管放入水中，用双手紧握锥形瓶的外壁，观察导管口是否有气泡冒出；故填：关闭分液漏斗的活塞，然后将导管放入水中，用双手紧握锥形瓶的外壁，观察导管口是否有气泡冒出；
[交流讨论]①加入的稀硫酸量不足、②装置内空气中的CO2没有排出、③反应产生的CO2未被完全吸收这三种情况会导致二氧化碳质量偏低，计算出的碳酸钠质量偏小，而造成计算出的烧碱的纯度结果偏高；而④干燥管与空气直接相通，氢氧化钠还会吸收空气中的二氧化碳和水蒸气，造成计算出的碳酸钠的质量偏大，导致计算出的烧碱纯度结果偏低；故填：①②③；
[方案改进]（1）反应前通空气时，关闭c、打开a、b，可以把B、C装置中的二氧化碳排出，使实验结果更准确。停止反应后，通过量的空气的目的是使生成的二氧化碳被氢氧化钠完全吸收；故填：关闭c、打开a、b；使生成的二氧化碳被氢氧化钠完全吸收；
（2）空气通过氢氧化钠溶液时，空气中的二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水；故填：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；
[数据分析]

（3）若反应过程中，装置B中滴加稀硫酸的速度太快，在生成的二氧化碳就不能被氢氧化钠固体完全吸收，造成计算出的碳酸钠的质量偏小，那么则烧碱的纯度将偏高；故填：偏高；
（4）D装置增重Cg，即生成了Cg的二氧化碳，设需要碳酸钠的质量为x，则：

则原样品的纯度（质量分数）为：；故填：。

[拓展延伸]（5）氢氧化钙微溶于水，所以石灰水可能无法将生成的二氧化碳完全吸收，所以D装置用装有氢氧化钠固体的U形管，而不用装有澄清石灰水的洗气瓶；故填：氢氧化钙微溶于水，所以石灰水可能无法将生成的二氧化碳完全吸收；CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O；
（6）还可以采用沉淀法来测定样品的纯度，即取一定量的烧碱样品完全溶解于水中，然后向溶液中逐滴加入氯化钡溶液，直到不再产生沉淀为止，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量，然后利用生成的碳酸钡沉淀的质量，利用化学方程式Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl计算出碳酸钠的质量，最后根据烧碱样品的质量即可计算出其纯度；故填：取一定量的烧碱样品完全溶解于水中，然后向溶液中逐滴加入氯化钡溶液，直到不再产生沉淀为止，过滤、洗涤、干燥、称量沉淀的质量，然后利用生成的碳酸钡沉淀的质量，利用化学方程式Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl计算出碳酸钠的质量，最后根据烧碱样品的质量即可计算出其纯度.