Question

18．某同学在查阅资料时得知：市售纯碱样品常混有氯化钠杂质．
资料卡：侯氏制碱法的原理可表示为：NaCl+H₂O+NH₃+CO₂═NaHCO₃↓+NH4Cl    2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O该同学设计了如图中的装置进行实验，测定市售纯碱样品中碳酸钠的质量分数．（水蒸气的影响忽略不计，夹持装置已略去）

主要实验步骤如下：
①按图组装仪器，并检查装置的气密性；
②称量5.5g市售纯碱样品放入烧瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液；
③从分液漏斗滴入稀硫酸，直到不再产生气体时为止；
④缓缓鼓入一定量的N₂；
⑤称量B瓶及溶液的质量，发现增重2.2g．
请回答下列问题：
（1）写出A中发生反应的化学方程式Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）鼓入一定量的N₂的目的是排出装置A及导管中残留CO₂，使其全部被装置B中NaOH溶液吸收．装置C中澄清石灰水的作用是检验CO₂是否被B瓶中的NaOH溶液完全吸收．
（3）如果将分液漏斗中的稀硫酸换成浓盐酸，测试的结果（填偏高、偏低或不变）偏高．
（4）该样品中碳酸钠的质量分数为96.4%（结果保留到小数点后一位）．
（5）若用与上述实验反应原理不同的实验来测定纯碱样品中碳酸钠的质量分数，请用化学方程式表示实验原理Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl．

Answer 1

分析 （1）根据装置A中所加药品，利用药品间的反应规律，写出反应的化学方程式；
（2）根据实验的操作方法，理解实验的过程，分析实验过程中通入氮气所起到的作用及装置C中澄清石灰水在实验过程中的作用；
（3）对比稀硫酸与浓盐酸性质上的差异，分析若使用浓盐酸会对实验结果造成的影响；
（4）根据实验测得生成二氧化碳的质量，由反应的化学方程式计算出样品中碳酸钠的质量，而求得样品中碳酸钠的质量分数；
（5）利用碳酸钠的性质及变化规律，可使碳酸钠与氯化钙等形成沉淀等，另外设计实验进行碳酸钠质量分数的测定．

解答 解：
（1）样品中氯化钠不与硫酸反应，碳酸钠与硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，化学方程式为Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）为使残留在反应容器中生成的二氧化碳全部被氢氧化钠吸收，通入不能与氢氧化钠发生反应的氮气排出反应装置内的二氧化碳；装置C中盛放澄清石灰水检验二氧化碳气体是否全部被氢氧化钠吸收；
（3）稀硫酸不挥发而浓盐酸具有很强的挥发性，挥发出的HCl气体被氢氧化钠溶液吸收后，导致测得二氧化碳的质量偏高；
（4）氢氧化钠增重2.2g，说明反应放出2.2g二氧化碳，设反应消耗碳酸钠的质量为x
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                     44
x                       2.2g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{2.2g}$
x=5.3g
该样品中碳酸钠的质量分数=$\frac{5.3g}{5.5g}$×100%=96.4%
（5）碳酸钠能与氯化钙等反应生成碳酸钙沉淀，因此可选用氯化钙溶液与碳酸钠反应，通过测定生成沉淀或加入氯化钙的质量测定样品中碳酸钠的质量，而得到样品中碳酸钠的质量分数．碳酸钙与氯化钙反应的化学方程式为Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl．
故答案为：
（1）Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（2）排出装置A及导管中残留CO₂，使其全部被装置B中NaOH溶液吸收；检验CO₂是否被B瓶中的NaOH溶液完全吸收；
（3）偏高；
（4）96.4%；
（5）Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl（或与BaCl₂、Ba（OH）₂反应）．

点评 本题主要考查学生利用化学方程式和溶质质量分数公式综合分析和解决实际问题的能力．增加了学生分析问题的思维跨度，强调了学生整合知识的能力．