Question

12．用“侯氏制碱法”制得的纯碱中常含有氯化钠等杂质，化学兴趣小组欲对某品牌纯碱样品中的碳酸钠质量分数进行实验探究，在老师指导下，他们设计下列两种实验方案进行实验．
[查阅资料]：Ⅰ．碳酸钠和氯化钙能发生复分解反应．Ⅱ．浓硫酸具有很强的吸水性；碱石灰常用于吸收水蒸气和二氧化碳．
[方案一]样品与氯化钙溶液反应，测定Na₂CO₃的质量分数
（1）样品与氯化钙溶液的反应实验（杂质不与氯化钙溶液反应）：

实验操作	实验现象	实验结论
取一定量纯碱样品配成溶液后，滴加过量的CaCl2溶液．	产生白色沉淀	反应的化学方程式： Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl

（2）分析滴加的CaCl₂溶液要过量的原因：使样品中的碳酸钠完全反应；
（3）将反应后的混合物进行过滤，把获得的沉淀物进行洗涤、干燥、称量．利用沉淀物质量计算Na₂CO₃的质量分数为91%．如果不洗涤沉淀物会造成测定结果大于91%，这是因为碳酸钙表面附着一些杂质．
[方案二]样品与稀盐酸反应，测定Na₂CO₃的质量分数
利用下图所示实验装置（铁架台略去）和试剂，通过测定样品和稀盐酸反应产生的CO₂气体的质量，计算Na₂CO₃的质量分数（装置气密性良好，忽略盐酸的挥发性且每步反应或作用都是完全的）．

（4）打开止水夹K，先对装置A和B（已连接）通入已除去CO₂的空气一会儿，以排尽装置A和B中含有的二氧化碳，再接上装置C和D．
（5）关闭止水夹K，加入足量的稀盐酸（杂质不与盐酸反应），装置A中样品产生气体的化学方程式为Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（6）待装置A中的反应结束后，再一次打开止水夹K，继续往装置通入已除去CO₂的空气一会儿．根据质量守恒定律，装置C（填标号）在反应前后的质量差就是产生CO₂的质量，由此计算出该样品中Na₂CO₃的质量分数．若没有装置D，将会使测定结果偏大（选填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）碳酸钠和氯化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和氯化钠；
（2）滴加的CaCl₂溶液过量能使碳酸钠完全反应；
（3）如果不洗涤沉淀物时，由于沉淀物上附着有杂质，会导致测定的沉淀物质量偏大；
（4）打开止水夹K，先对装置A和B（已连接）通入已除去CO₂的空气一会儿，以排尽装置A和B中含有的二氧化碳；
（5）碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳；
（6）根据质量守恒定律，装置C在反应前后的质量差就是产生CO₂的质量；
若没有装置D，空气中的二氧化碳会进入装置C中．

解答 解：（1）取一定量纯碱样品配成溶液后，滴加过量的CaCl₂溶液，产生白色沉淀，这是因为碳酸钠和氯化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和氯化钠，反应的化学方程式为：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl，实验过程如下表所示：

实验操作	实验现象	实验结论
取一定量纯碱样品配成溶液后，滴加过量的CaCl2溶液．	产生白色沉淀	反应的化学方程式：Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl

（2）滴加的CaCl₂溶液过量能使碳酸钠完全反应．
故填：能使碳酸钠完全反应．
（3）利用沉淀物质量计算Na₂CO₃的质量分数为91%，如果不洗涤沉淀物会造成测定结果大于91%，这是因为碳酸钙表面附着一些杂质，导致测定的碳酸钙质量偏大，从而导致测定结果偏大．
故填：碳酸钙表面附着一些杂质．
（4）打开止水夹K，先对装置A和B（已连接）通入已除去CO₂的空气一会儿，以排尽装置A和B中含有的二氧化碳，再接上装置C和D．
故填：二氧化碳．
（5）关闭止水夹K，加入足量的稀盐酸，装置A中，碳酸钠和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，反应的化学方程式为：Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
故填：Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（6）待装置A中的反应结束后，再一次打开止水夹K，继续往装置通入已除去CO₂的空气一会儿．根据质量守恒定律，装置C在反应前后的质量差就是产生CO₂的质量，由此计算出该样品中Na₂CO₃的质量分数；
若没有装置D，空气中的二氧化碳会进入装置C中，将会使测定结果偏大．
故填：C；偏大．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．