Question

为测定碳酸钠与碳酸氢钠混合物样品中碳酸钠的质量分数，设计如下实验方案：
（1）方案一：按如图装置进行实验，并回答以下问题．
①实验前先

 

，分液漏斗中应该装

 

（盐酸或硫酸），D装置的作用是

 

．
②实验中除称量样品质量外，还需称

 

装置前后质量的变化．
③据此实验得到的数据，结果有误差．因为实验装置还存在一个明显缺陷，该缺陷是

 

．
（2）方案二：称取一定量样品，置于小烧杯中，加适量水溶解，向小烧杯中加入足量氯化钡溶液，过滤、洗涤、干燥沉淀，称量固体质量，计算．
①过滤操作中，除了烧杯外还用到的玻璃仪器有

 

；
②如加入试剂改为氢氧化钡，已知称得样品19.0g，干燥的沉淀质量为39.4g，则样品中碳酸钠的质量分数为

 

（计算结果保留两位有效数字）．
（3）方案三：除以上两方案以外，请你再设计一种简单方案来测定样品中碳酸钠的质量分数．

 

．

Answer 1

分析：（1）①制备气体实验，实验前应先检验装置气密性；盐酸具有挥发性，会影响实验结果；D干燥管中的碱石灰吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入装置C影响测定结果；
②需要根据C装置的质量差计算出生成的二氧化碳的质量；
③装置中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差；
（2）①根据过滤操作使用的仪器完成；
②根据沉淀碳酸钡的质量计算出碳酸钡的物质的量，然后设出碳酸钠、碳酸氢钠的物质的量，根据碳酸钡的物质的量和样品质量列式计算即可；
（3）可以通过将样品充分加热，利用反应前后的质量差计算出碳酸氢钠的质量，再计算出碳酸钠的质量．

解答：解：（1）①实验前，需要检查图示装置中的气密性是否良好；由于盐酸具有挥发性，影响测定结果，所以选用硫酸；为了避免空气中水分和二氧化碳进入C装置，影响测定结果，所以用D装置吸收空气中的二氧化碳和水，
故答案为：检查装置的气密性；硫酸； 防止空气中水蒸气、二氧化碳进入C管被吸收； 
②知道了样品的质量，还需要测量出样品与稀硫酸反应生成的二氧化碳的质量，图中利用装置C吸收二氧化碳，所以需要称量C装置的反应前后质量，
故答案为：C；
 ③由于装置A和装置B中存有的二氧化碳没有完全被排出，导致反应生成的二氧化碳没有被装置C完全吸收，影响了测定结果，
故答案为：A、B中残留的CO₂未全部被C吸收；
（2）①过滤操作中，除了烧杯外还用到漏斗、玻璃棒，
故答案为：玻璃棒、漏斗； 
②此时发生如下反应Na₂CO₃+BaCl₂═BaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃与BaCl₂则不反应，产生BaCO₃沉淀；样品19.0g，干燥的沉淀质量为39.4g，沉淀为碳酸钡沉淀，物质的量为

39.4g

197g/mol

=0.2mol，设碳酸钠的物质的量为xmol，碳酸氢钠的物质的量为ymol，
则：106x+84y=19.0，x+y=0.2mol，
解得：x=0.1mol，y=0.1mol，
碳酸钠物质的量为0.1mol，所以碳酸钠质量分数为

0.1mol×106g/mol

19.0g

×100%≈56%，
故答案为：56%；
（3）还可以加热样品，使碳酸氢钠完全分解，利用反应前后固体的质量差计算出碳酸氢钠的质量，再计算出碳酸氢钠的质量分数，方法为：称取一定量样品充分加热后，再称取残留物的质量，计算可得样品中碳酸钠的质量分数，
故答案为：称取一定量样品充分加热后，再称取残留物的质量，计算可得样品中碳酸钠的质量分数．

点评：本题以实验探究“测定碳酸钠与碳酸氢钠混合物样品中碳酸钠的质量分数”为载体，考查学生对于实验原理与装置理解评价、实验基本操作、化学计算等，难度中等，题目涉及到的小苏打和纯碱的化学知识是多方面的，构成了一道多角度的探究题．