Question

某兴趣小组为测定某工业纯碱（假设仅含NaHCO₃杂质）中Na₂CO₃的质量分数，设计了下列四种实验方案：
方案一：纯碱样品测定剩余固体质量
（1）称取mg样品放入坩埚中充分加热。坩埚中发生反应的化学方程式为：                                             
（2）将坩埚置于干燥器中冷却后称量。实验时需要重复“加热、冷却、称量”操作多次，其目的是：                                                 。
方案二：称取mg样品配成250mL溶液，从中取25mL溶液先用酚酞作指示剂用0.1mol/LHCl溶液滴定至终点，消耗0.1mol/LHCl溶液V₁mL，继续用甲基橙作指示剂滴定至终点，消耗0.1mol/LHCl溶液V₂mL。则该样品中碳酸钠的质量分数为：                   。
方案三：纯碱样品溶液测定沉淀质量
（1）称取m₁g样品，置于小烧杯中，加水溶解后滴加足量氯化钙溶液。将反应混和物过滤后的下一步操作是：                        ，沉淀经干燥后称量为m₂g。
（2）如果用氢氧化钙溶液代替氯化钙溶液作沉淀剂，在其他操作正确的情况下，_______测定样品中的Na₂CO₃的质量分数。（填“能”或“不能”）
方案四：纯碱样品测定生成二氧化碳的质量
（1）本实验采用如图装置，C中盛放的物质是            。
（2）反应前后都要通入N₂，反应后通入N₂的目的是：                                

Answer 1

方案一：（1）2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）加热至恒重，以保证NaHCO₃全部分解
方案二： 或（3分）
方案三：（1）洗涤沉淀　　　（2）能
方案四：（1）浓硫酸　（2）将生成的二氧化碳从容器内排出，被D装置中碱石灰吸收

试题分析：方案一：该方案原理为：在加热条件下Na₂CO₃能够稳定存在，而NaHCO₃易发生分解反应，从而根据残留的固体的量推算出样品中碳酸钠的质量分数；（1）坩埚中发生反应的化学方程式为：2NaHCO₃Na₂CO₃ + CO₂↑+ H₂O；（2）该方案根据加热后残渣的质量来求解，要加热至恒重，以保证NaHCO₃全部分解；
方案二：该实验方案的原理为用双指示剂法测定Na₂CO₃和NaHCO₃的混合物中Na₂CO₃的质量分数，以酚酞作指示剂，发生的反应为Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，再以甲基橙作指示剂，发生的反应为NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，根据上述原理，以酚酞作指示剂，发生的反应为Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，n(Na₂CO₃)="n(HCl)=" 10×0.1mol/L×0.001V₁L="0.001" V₁ mol，m(Na₂CO₃)="0.106" V₁g，碳酸钠的质量分数为0.106 V₁g/mg×100%="10.6" V₁/m%；
方案三：该实验方案的原理为：纯碱样品中的碳酸钠与氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和水，通过测定碳酸钙的质量来确定碳酸钠的质量分数；（1）碳酸钙沉淀会附着氯化钠、氯化钙等杂质，过滤后需用蒸馏水洗涤沉淀；（2）在一定量样品中加入足量Ca（OH）₂溶液分别发生如下反应Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均产生CaCO₃沉淀，根据样品的总质量和生成CaCO₃沉淀的量，可以计算碳酸钠质量，能测得碳酸钠的质量分数；
方案四：该实验方案的原理为：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑,
2NaHCO₃+ H₂SO₄= Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑,通过准确测定样品的质量和二氧化碳的质量，来计算碳酸钠的质量分数；（1）该反应产生的二氧化碳中含有水蒸气，会影响二氧化碳质量的测定，必须除去，故C装置的作用为干燥二氧化碳，盛放的物质是浓硫酸；（2）该方案关键是要准确测量产生的CO₂的质量，实验前容器内含有空气，空气中含有二氧化碳，会影响生成的二氧化碳的量，反应后装置中容器内含有二氧化碳，不能被D中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差，所以反应前后都要通入N₂，反应后通入N₂的目的是：将生成的二氧化碳从容器内排出，被D装置中碱石灰吸收。