Question

15．实验室有一瓶长期暴露在空气中的氢氧化钠固体样品，观察发现，样品表面有白色粉末．某兴趣小组的同学对该样品的成分及含量进行了探究．
【提出问题1】该样品中含有哪些物质？
【提出猜想】通过分析，提出如下猜想：
猜想Ⅰ：已完全变质，该样品中只含Na₂CO₃；
猜想Ⅱ：部分变质，该样品中含有NaOH和Na₂CO₃．
则NaOH变质反应的化学方程式为CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【查阅资料】
CO₂在饱和碳酸氢钠溶液中几乎不溶解．
【实验探究1】为确定该样品的成分，小明设计了如下实验方案，请你完成下列实验报告．

实验操作	实验现象	实验结论
①取少量样品溶于水，加入过量的氯化钙溶液	有白色沉淀产生	该反应的化学方程式：Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl
②将上述反应后的混合物过滤，取滤液，加入酚酞试液	溶液变红色	证明猜想Ⅱ正确

【提出问题2】如何测量该部分变质样品中碳酸钠的质量分数？
【实验探究2】小红同学设计如图所示装置（铁架台略去），实验在27℃、101kPa下进行，步骤如下：
①按图1连接好装置；
②用托盘天平准确称取该样品2g，放入A中试管内，向B中集气瓶中倒入饱和碳酸氢钠溶液至瓶颈处；
③向分液漏斗中加入稀硫酸，打开活塞，让稀硫酸滴入试管中至过量，关闭活塞．反应结束后，量筒中收集到饱和碳酸氢钠溶液220mL．
请回答下列问题：
（1）在实验步骤①和②之间，还缺少一实验步骤，该实验步骤是检查装置的气密性；
（2）B中集气瓶盛放的饱和碳酸氢钠溶液不能用水代替，其理由是避免二氧化碳溶解在水里而损耗，造成测定结果偏低；
（3）试管中原有的空气对实验结果是否有明显影响？没有（填“有”或“没有”）；
（4）变质氢氧化钠样品中碳酸钠的质量分数为48%．（在27℃、101kPa时二氧化碳的密度为1.8g/L）（计算结果精确至1%）

【提出问题3】怎样提纯该样品得到纯净的氢氧化钠固体？
【实验探究3】为得到纯净的氢氧化钠固体，小亮设计了如图2所示的实验流程．
请回答下列问题：
（1）操作①、②、③的名称分别为溶解、过滤、蒸发，为了使样品充分溶解，操作①中还要用到的玻璃仪器是玻璃棒；
（2）该实验中发生反应的化学方程式为Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；
（3）最终所得氢氧化钠固体质量大于变质后样品中氢氧化钠的质量（填“小于”“等于”或“大于”）．
【实验反思】
（1）通过本题，你学会了定性检验氢氧化钠的变质、定量测定变质样品中某成分的含量以及除杂提纯物质．为了得到可靠的实验结果，探究过程中你需要思考的问题有①②④⑤⑥（填数字序号）；
①选择试剂种类 ②确定试剂用量  ③试剂产地
④实验装置与步骤的设计  ⑤实验安全环保 ⑥测量中减少误差
（2）实验探究1中的检验和实验探究3中的除杂都将碳酸钠进行了转化，但二者目的不同，分别是检验中将碳酸钠转化为氯化钠，以排除对氢氧化钠检验的干扰、除杂中是将碳酸钠转化为产品氢氧化钠．

Answer 1

分析 【提出猜想】氢氧化钠变质是与二氧化碳反应生成碳酸钠和水；
【实验探究1】根据碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应生成了碳酸钙和氯化钠，其中碳酸钙为固体，而氯化钠为中性溶液，所以为了确认氢氧化钠是否存在，应该加入过量的氯化钡溶液，然后再取上层清液，加入酚酞溶液进行判断即可；
【实验探究2】（1）做实验时连接好仪器一定要检查装置的气密性．
（2）根据实验目的“通过测二氧化碳的体积来计算药品中碳酸钠的含量”进行分析，
（3）根据二氧化碳在空气中的含量分析；
（4）量筒中收集到饱和二氧化碳水溶液220mL即为反应生成的二氧化碳的体积，由此，生成二氧化碳的质量为：220 mL/1000×1.8 g/L=0.396 g．根据二氧化碳的质量及反应的化学方程式便可求出碳酸钠的质量，就能得出样品中碳酸钠的质量分数．
【实验探究3】（1）根据操作的特点分析；玻璃棒加速溶解；
（2）根据除去氢氧化钠中的碳酸钠方法分析；
（3）根据由方程式分析；
【实验反思】（1）根据实验步骤分析；
（2）根据实验目的分析．

解答 解：【提出猜想】氢氧化钠变质是与二氧化碳反应生成碳酸钠和水；反应方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【实验探究1】氯化钙溶液和碳酸钠反应生成白色沉淀碳酸钙和氯化钠，所以若观察到产生了白色沉淀，则说明在该固体中含有碳酸钠，该反应的化学方程式为：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；
碳酸钠被完全反应后，若溶液能够使酚酞溶液变红，则说明溶液呈碱性，从而可以判断该溶液中含有氢氧化钠，则猜想Ⅲ成立；若酚酞试液没有变红，说明不含有氢氧化钠，则猜想Ⅱ成立；
【实验探究2】（1）做有气体参与的连续性实验的一般步骤是，连接装置→检验装置气密性→装药品→做实验．
（2）本题的实验目的是通过测二氧化碳的体积来计算药品中碳酸钠的含量，所以必须保证二氧化碳的准确性，因为二氧化碳可以溶于水，所以用饱和的碳酸氢钠水溶液，可以避免二氧化碳的减少．
（3）空气中含有的二氧化碳量很少，不会对结果产生大的影响；
（4）解：生成二氧化碳的质量为：$\frac{220}{1000}$×1.8 g/L=0.396 g
设样品中含碳酸钠的质量为x
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O
106                44
 x               0.396g
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{0.396g}$解之得：x=0.954g
∴样品中碳酸钠的质量分数=$\frac{0.954g}{2g}$×100%≈48%
【实验探究3】（1）操作①的名称为溶解、②的名称为过滤、③的名称为蒸发，为了使样品充分溶解，可用玻璃棒搅拌；
（2）碳酸钠能与石灰水反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，能除去杂质且没有引入新的杂质，方程式为Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH．
（3）根据反应看出，变质生成的碳酸钠通过反应生成氢氧化钠，最终所得氢氧化钠固体质量比变质后样品中氢氧化钠的质量多．
【实验反思】（1）定性检验氢氧化钠的变质要选择试剂种类、注意实验装置与步骤的计划；定量测定变质样品中某成分的含量时要确定试剂用量，实验中还要考虑实验安全环保问题、测量中减少误差问题．
（2）检验中将碳酸钠转化为氯化钠，以排除对氢氧化钠检验的干扰；除杂中是将碳酸钠转化为产品氢氧化钠．
故答案为：【提出猜想】CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【实验探究1】

实验操作	实验现象	实验结论
（1）取少量样品溶于水，加入过量的氯化钙溶液；	白色沉淀产生	该反应的化学方程式：Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl
（2）将上述反应后的混合液过滤，取滤液加入酚酞试液．	溶液变红色	证明猜想Ⅱ成立

【实验探究2】（1）检查装置的气密性；
（2）避免二氧化碳溶解在水里而损耗，造成测定结果偏低；
（3）没有
（4）48%
【实验探究3】（1）溶解、过滤、蒸发；玻璃棒；
（2）Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH
（3）大于；
【实验反思】
（1）①②④⑤⑥；
（2）检验中将碳酸钠转化为氯化钠，以排除对氢氧化钠检验的干扰；除杂中是将碳酸钠转化为产品氢氧化钠．

点评 熟练掌握碳酸钠、碳酸钙等碳酸盐和氢氧化钠、氧化钙的化学性质，能根据所给的实验或者自己设计实验来验证它们是否变质，并熟练的写出相应的化学方程式．