Question

3．某纯碱样品中含有少量氯化钠，现欲测定其碳酸钠的质量分数，进行如下实验：【实验原理】Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
通过实验测定反应产生的二氧化碳的质量，即可求得原样品中碳酸钠的质量，进而求得碳酸钠在样品中的质量分数．
【实验装置】

【实验步骤】
①如图连接装置（除B、C外）并加入所需药品．②称量并记录B的质量（m₁）．（称量时注意封闭B的两端．）③按动鼓气球，持续约1分钟．④连接上B、C．⑤打开分液漏斗F的活塞，将稀硫酸快速加入D中后，关闭活塞．⑥按动鼓气球，持续约1分钟．⑦称量并记录B的质量（m₂）．（称量时注意封闭B的两端及E右端的出口．）⑧计算．
（1）已知碱石灰的主要成分是氢氧化钙和氢氧化钠，则干燥管A的作用：除去鼓入空气中的二氧化碳；干燥管C的作用是防止空气中的二氧化碳和水进入B中影响实验结果；E装置的作用是防止D中的水蒸气进入B中．步骤③中鼓气的目的是用除去二氧化碳的空气赶走体系中的二氧化碳；步骤⑥中鼓气的目的是用除去二氧化碳的空气将反应产生的二氧化碳 全部赶入B中；
本实验能否同时省略③、⑥两个步骤？不能，原因是①空气中含少量二氧化碳、②反应后装置中残留二氧化碳均会造成结论偏差．
（2）若所取样品的质量为5g，为确保实验顺利进行，分液漏斗F中至少要盛放10%的稀硫酸（密度为1.07g/mL）43.0mL，若m₁为51.20g，m₂为53.18g，样品中碳酸钠的质量分数为95.4%．

Answer 1

分析 要测定碳酸钠的含量，可以通过与酸反应生成的二氧化碳的质量进行求算，而要测定二氧化碳的质量，需排除空气中二氧化碳和水蒸气对生成的二氧化碳的质量的影响，除去二氧化碳使用的是氢氧化钠溶液，除去水使用的是浓硫酸．

解答 解：（1）干燥管A可以吸收鼓气球中鼓入的空气中的二氧化碳，避免对干燥管B的质量增加造成干扰；干燥管Ⅱ在干燥管I之后，能阻止空气中的二氧化碳和水进入干燥管，E中盛有的是浓硫酸，具有吸水性，能将水分吸除，排除水分对生成二氧化碳质量的影响；步骤③中鼓气的目的是用除去二氧化碳的空气赶走体系中的二氧化碳，步骤⑥鼓入空气是利用压力差使产生的二氧化碳全部被排出，要测定二氧化碳的质量，需排除空气中二氧化碳对生成的二氧化碳的质量的影响；本实验不能同时省略③、⑥两个步骤，否则会给实验带来误差；
（2）当5克样品全部为碳酸钠时，耗硫酸最多，设所需硫酸的质量为x
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106    98
5g     x
$\frac{106}{5g}$=$\frac{98}{x}$
x=4.6（g）
故至少要盛放10%的稀硫酸（密度为1.07g/mL）的体积为：V=$\frac{\frac{4.6g}{10%}}{1.07g/mL}$≈43.0（ml）
根据所测数据，生成二氧化碳的质量为（m₂-m₁）=1.98g，设碳酸钠的质量为Y，则有
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O
106                44
 y                1.98g
$\frac{106}{y}$=$\frac{44}{1.98g}$
x=4.77（g）
所以纯碱样品纯度为：$\frac{4.77g}{5g}$×100%=95.4%．
故答案为：（1）除去鼓入空气中的二氧化碳，防止空气中的二氧化碳和水进入B中影响实验结果，防止D中的水蒸气进入B中，用除去二氧化碳的空气赶走体系中的二氧化碳，用除去二氧化碳的空气将反应产生的二氧化碳 全部赶入B中，不能，①空气中含少量二氧化碳、②反应后装置中残留二氧化碳均会造成结论偏差；
（2）43.0，95.4%．

点评 本题考查了碳酸钠含量的测定，完成此题，可以依据生成的二氧化碳的质量进行求算，进行实验时，要保证生成的二氧化碳的质量准确．