Question

20．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，样品表面有白色的粉末．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．
则变质反应的化学方程式为2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
【查阅资料】
①碱性的Na₂CO₃溶液可以与中性的CaCl₂溶液发生复分解反应；
②CO₂在饱和的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，请你一起完成下列实验报告．

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

【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1所示装置（铁架台略去），实验在27℃，101kPa下进行，步骤如下：①按图连接好装置；②用托盘天平准确称取该样品2.0g，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氧化钠溶液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，该实验步骤是检验装置的气密性；
（2）B中集气瓶盛装的饱和碳酸氢钠溶液不能用水代替，其理由是二氧化碳气体部分溶解在水中影响气体体积的测量；

（3）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%）
【研究与讨论】小明同学认这小红的设计方案过于繁杂，他认为用托盘天平准确称取该样品2.0g后，只需要再称量装置A反应前的总质量（mA_前）和完全反应后装置A的总质量（mA_后），就能测量出该部分变质样品中碳酸钠的质量分数．
（1）小明认为反应中产生二氧化碳的质量等于m_A前-m_A后（填数学表达式），从而轻易的计算出该部分变质样品中碳酸钠的质量分数．
（2）小明计算出该部分变质样品中碳酸钠的质量分数的结果数据偏大，请你帮助他分析分析，原因可能是该反应过程中放热反应，导致一部分水以水蒸气的形式逸出．
【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②中加入的适量某种试剂是氢氧化钙溶液（只写一种）；
（2）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】
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，请说出其中一个目的：将碳酸钠转化为碳酸钙，以免干扰氢氧化钠的检验．

Answer 1

分析 【提出猜想】
氢氧化钠能和空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水，从而变质；
【实验探究1】
氯化钙和碳酸钠反应生成白色沉淀碳酸钙和氯化钠；
氢氧化钠溶液显碱性，能使酚酞试液变红色；
【实验探究2】
凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
二氧化碳能够溶于水；
根据反应的化学方程式和提供的数据可以计算变质氢氧化钠样品中碳酸钠的质量分数；
【研究与讨论】
反应前后的质量差即为反应生成二氧化碳的质量；
温度升高时，水蒸发的较快；
【实验探究3】
碳酸钠能和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠；
【实验反思】
相同的操作过程，目的不一定相同．

解答 解：【提出猜想】
氢氧化钠和二氧化碳反应的化学方程式为：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
故填：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
【实验探究1】
实验操作、实验现象和实验结论如下表所示：

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

【实验探究2】
（1）在实验步骤①和②之间，还缺少一实验步骤，该实验步骤是检验装置的气密性；
（2）B中集气瓶盛装的饱和碳酸氢钠溶液不能用水代替，其理由是二氧化碳气体部分溶解在水中影响气体体积的测量；
（3）设碳酸钠的质量为x，
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
  106                   44
   x               1.8g/L×0.22L
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{1.8g/L×0.22L}$，
x=0.954g，
变质氢氧化钠样品中碳酸钠的质量分数为：$\frac{0.954g}{2.0g}$×100%=48%．
故填：检验装置的气密性；二氧化碳气体部分溶解在水中影响气体体积的测量；48%．
【研究与讨论】
（1）小明认为反应中产生二氧化碳的质量等于m_A前-m_A后，从而轻易的计算出该部分变质样品中碳酸钠的质量分数．
（2）原因可能是该反应过程中放热反应，导致一部分水以水蒸气的形式逸出．
故填：m_A前-m_A后；该反应过程中放热反应，导致一部分水以水蒸气的形式逸出．
【实验探究3】
（1）操作②中加入的适量某种试剂是氢氧化钙溶液或氢氧化钡溶液；
（2）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，这是因为反应生成了一部分氢氧化钠．
故填：氢氧化钙溶液；大于．
【实验反思】
实验探究1中，将碳酸钠转化为碳酸钙，以免干扰氢氧化钠的检验；
实验探究3中，将碳酸钠转化为氢氧化钠，变废为宝．
故填：将碳酸钠转化为碳酸钙，以免干扰氢氧化钠的检验．

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．