Question

13．工业纯碱中常含有杂质氯化钠．某科学学习小组同学围绕工业纯碱样品纯度测定问题，展开了讨论与探究．
【原理思路】利用Na₂CO₃与稀H₂SO₄反应产生CO₂，通过CO₂质量的测定，确定样品中碳酸钠的质量，从而计算样品纯度．
【实验方案】小科设计了如图甲的装置，图甲装置中仪器A的名称锥形瓶．
【交流讨论】小明认为图甲实验方案的设计有缺陷，若按该方案进行测定会导致难以避免的误差．你认为下列哪些因素会导致难以避免的误差②③④（填序号）．
①加入的稀硫酸量不足      ②装置内空气中的CO₂没有排出
③反应产生的CO₂未被完全吸收    ④干燥管与空气直接相通
【方案改进】为减少误差，使CO₂质量的测定更准确，该小组同学根据以上讨论，对图甲方案进行改进，设计了如图乙的实验方案（固定装置省略）．

图乙的实验方案中NaOH溶液的作用是除去空气中的二氧化碳，装置E在实验流程的作用是避免D装置中的碱石灰与空气接触，C装置中浓硫酸的作用是干燥气体．
图乙B装置中样品在与稀硫酸反应前和停止反应后，都要通过量的空气，反应前通空气时a、b、c三个弹簧夹的控制方法是打开弹簧夹a和b，关闭弹簧夹c．
A．打开a和b关闭c    B．打开a、b和c    C．打开a和c关闭b
【数据分析】
（1）若撤去图乙中的C装置，则测得工业烧碱的纯度将偏低（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
（2）为测定某纯碱（Na₂CO₃）样品中（含有少量的氯化钠杂质）碳酸钠的质量分数，现称取10g试样放在烧杯中并滴入稀硫酸，当稀硫酸滴加至98g时，烧杯内溶液的总质量为105.8g（产生的气体全部逸出）．产生气体的质量与滴入稀硫酸的质量关系如图丙所示，试计算：
①A点产生气体的质量为2.2g；B点对应溶液中所含的溶质有NaCl、HCl；

②试样中碳酸钠的质量分数．

Answer 1

分析 【实验方案】要熟悉各种仪器的名称、用途和使用方法；
【交流讨论】根据每一个装置的作用解答；通过分液漏斗可以随时向锥形瓶中加入稀硫酸；装置内空气中的CO₂没有排出，反应产生的CO₂未被完全吸收，干燥管与空气直接相通等都会影响实验结果；
【方案改进】样品在与稀硫酸反应前通过量的除去二氧化碳的空气，是为了把装置中的二氧化碳排出；停止反应后，通过量的除去二氧化碳的空气，是为了使反应生成的二氧化碳全部被碱石灰吸收；
【数据分析】（1）浓硫酸具有吸水性，可以用作某些物质的干燥剂；若撤去图乙中的C装置，水蒸气会进入碱石灰中，并且被吸收，会影响实验结果．
（2）根据反应的原理结合图象利用化学方程式进行计算．

解答 解：【实验方案】根据所学知识直接写出仪器的名称；仪器A是锥形瓶；故填：锥形瓶；
【交流讨论】：甲装置存在明显的缺陷　②装置内空气中的CO₂没有排出，影响实验结果；③反应产生的CO₂ 未被全部排出，也就不能完全吸收；④干燥管与空气直接相通，会吸收空气中的二氧化碳；故填：②③④；
【方案改进】A装置中盛放的是氢氧化钠溶液可以吸收空气中的二氧化碳，B中的浓硫酸对气体起到了干燥的作用；E装置中的碱石灰可避免空气中的二氧化碳接触D装置中的碱石灰；  反应前通空气的作用是用不含二氧化碳的空气将装置内的空气排净，反应停止后通空气的作用是把产生的二氧化碳全部排出并吸收；反应前通空气时a、b、c三个弹簧夹的控制方法是打开弹簧夹a和b，关闭c，这样才能把含二氧化碳的空气全部排净．故填：除去空气中的二氧化碳；避免D装置中的碱石灰与空气接触；干燥气体；打开弹簧夹a和b，关闭弹簧夹c；
【数据分析】（1）反应生成的气体在逸出的过程中要带出一部分水蒸气，如果没有装置C则会使D装置中吸收的物质偏大，而使测量结果偏低．故答案为：偏低；
（2）①A点产生气体的质量为：10g+98g-105.8g=2.2g；故填：2.2g；
当碳酸钠和盐酸恰好完全反应时，溶液中的溶质是氯化钠，但到B点时盐酸已过量，溶液中的溶质除了有氯化钠外还有盐酸中的溶质氯化氢；故填：NaCl、HCl；
②设10g试样中Na₂CO₃质量为x
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
 106                 44
  x                 2.2g
$\frac{106}{44}=\frac{x}{2.2g}$
x=5.3g
试样中碳酸钠的质量分数为：$\frac{5.3g}{10g}×100%=53%$
答：试样中碳酸钠的质量分数为53%．

点评 解答这类题目时，首先，赏析问题情景，找到实验探究的反应原理，弄清个装置的作用；再根据实验的反应原理，分析推断出该物质的组成成分，然后得出所要探究的物质中该成分的组成．