Question

20．化学兴趣小组设计以下实验方案，测定某已部分变质小苏打样品中Na₂CO₃的质量分数．
【方案一】称取一定质量样品，置于坩埚中加热至恒重后冷却，称量剩余固体质量，计算．
（1）实验中，需加热至恒重的目的是保证NaHCO₃分解完全．
（2）坩埚中发生反应的化学方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
【方案二】称取一定质量样品，置于小烧杯中，加适量水溶解；向小烧杯中加入足量Ba（OH）₂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、漏斗外，还要用到的玻璃仪器为玻璃棒．
（2）向混合液中（NaHCO₃少量）中加足量Ba（OH）₂溶液时的离子方程式为Ba²⁺+HCO₃^-+OH^-=BaCO₃↓+H₂O
【方案三】按如图所示装置进行实验：

（1）B中盛放的试剂是浓硫酸D装置的作用是防止空气中的水蒸气、二氧化碳进入C装置．
（2）实验前称取17.90g样品，实验后测得C装置增重 8.80g，则样品中Na₂CO₃的质量分数为29.6%．（保留小数点后一位）

Answer 1

分析 [方案一]碳酸氢钠不稳定，受热易分解，根据加热前后固体质量变化，根据差量法求碳酸氢钠的质量，进而求得碳酸钠的质量分数．
（1）加热恒重保证碳酸氢钠完全分解；
（2）碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳；
[方案二]碳酸钠和碳酸氢钠都和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀，根据生成沉淀的质量来计算碳酸钠的质量分数．
（1）根据过滤操作考虑所需仪器；
（2）向混合液（NaHCO₃少量）中加足量Ba（OH）₂溶液反应生成碳酸钡、氢氧化钠和水；
[方案三]由测定含量的实验可知，A中发生Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，B中为浓硫酸吸收水，干燥二氧化碳，利用C装置吸收二氧化碳，D装置防止空气中的二氧化碳、水进入C装置干扰含量测定，结合反应计算含量，以此来解答．

解答 解：[方案一]（1）实验原理是根据加热前后固体质量变化来计算碳酸氢钠，故应保证碳酸氢钠完全分解，加热恒重则碳酸氢钠完全分解，故答案为：保证NaHCO₃分解完全；
（2）碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，反应方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，故答案为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
[方案二]（1）过滤时需用玻璃棒引流，故答案为：玻璃棒；
（2）向混合液（NaHCO₃少量）中加足量Ba（OH）₂溶液反应生成碳酸钡、氢氧化钠和水，反应离子方程式为：Ba²⁺+HCO₃^-+OH^-=BaCO₃↓+H₂O，
故答案为：Ba²⁺+HCO₃^-+OH^-=BaCO₃↓+H₂O；
[方案三]（1）由测定含量的实验可知，A中发生Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，B中为浓硫酸吸收水，干燥二氧化碳；
空气中的水蒸气和二氧化碳会被碱石灰吸收，故D的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，以确保C装置中质量增加量的准确性；故答案为：浓硫酸；防止空气中的水蒸气、二氧化碳进入C装置；不能；
（2）设NaHCO₃和Na₂CO₃的物质的量分别为x、y，则
Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、
x                x
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑
y                         y
$\left\{\begin{array}{l}{106x+84y=17.90}\\{44x+44y=8.80}\end{array}\right.$，解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.05}\\{y=0.15}\end{array}\right.$，
则样品中Na₂CO₃的质量分数为$\frac{0.05mol×106g/mol}{17.90g}$×100%=29.6%，
故答案为：29.6%．

点评 本题考查碳酸钠含量的测定实验，为高频考点，把握实验装置的作用及实验目的为解答的关键，侧重分析、计算及实验能力的综合考查，题目难度中等．