Question

11．工业烧碱中常含有杂质碳酸钠．某兴趣小组同学围绕工业烧碱样品纯度测定问题，展开了讨论与探究．
【实验思路】利用Na₂CO₃与稀H₂SO₄反应产生CO₂，通过测定产生的CO₂质量，确定样品中碳酸钠的质量，计算样品纯度．
【实验方案】小明根据以上思路，设计了如图甲的实验方案（固定装置省略）．
（1）A中发生的化学反应方程式有Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑、H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
（2）浓硫酸的作用为吸水干燥二氧化碳气体．
（3）能说明样品中的碳酸钠完全反应的现象是继续滴加稀硫酸时，不再有气泡产生．
【交流讨论】经讨论，小组同学一致认为图甲中小明设计的实验方案有缺陷，则因方案设计缺陷而导致误差的因素有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
【实验改进】为减少误差，使测定生成CO₂的质量更准确，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先关闭c，再打开a、b．
【数据分析】该实验测定工业烧碱的纯度，需要收集的数据有样品的质量和D装置增加的质量，若撤去图乙中的A装置，实验步骤同上，则测得工业烧碱的纯度将偏低（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
【实验反思】有同学认为也可用“沉淀法”来测定上述工业烧碱样品的纯度，可供选择的试剂有氯化钙溶液、氯化钡溶液，你认为选择哪种试剂更好，并简述理由：选BaCl₂溶液更好．与等质量的碳酸钠反应，BaCl₂反应后生成的沉淀质量更大，称量时误差小，计算结果更准确．
【拓展提高】已知Na₂CO₃溶液滴加稀硫酸并不断振荡，先生成NaHCO₃，当Na₂CO₃全部转化为NaHCO₃后，生成的NaHCO₃能继续与稀硫酸反应生成CO₂．现向样品中加一定量的稀硫酸，反应后产生无色气体并得到X溶液．请分析推断反应后所得X溶液的溶质，其所有的可能组成情况为①Na₂SO₄和H₂SO₄；②Na₂SO₄；③Na₂SO₄和NaHCO₃．

Answer 1

分析 【实验方案】考虑A中碳酸钠与稀硫酸反应；考虑浓硫酸的作用；
【交流讨论】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】撤去图乙中的A装置，考虑空气中二氧化碳会进入碱石灰中，并且被吸收，会影响实验结果．
【实验反思】考虑：与等质量的碳酸钠反应，BaCl₂反应后生成的沉淀质量更大，称量时误差小，计算结果更准确．
【拓展提高】根据题给的信息结合硫酸和碳酸钠反应进行分析．

解答 解：
【实验方案】（1）根据图可知A中发生的化学反应为碳酸钠与稀硫酸反应、稀硫酸与氢氧化钠溶液反应，其化学方程式分别为：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑、H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
（2）浓硫酸的作用为吸水干燥二氧化碳气体．
（3）能说明样品中的碳酸钠完全反应的现象是继续滴加稀硫酸时，不再有气泡产生．
【交流讨论】经讨论，小组同学一致认为图甲中小明设计的实验方案有缺陷，则因方案设计缺陷而导致误差的因素有：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．
【实验改进】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先关闭c，再打开a、b．
【数据分析】该实验测定工业烧碱的纯度，需要收集的数据有样品的质量和D装置增加的质量，若撤去图乙中的A装置，实验步骤同上，空气中二氧化碳会进入碱石灰中，并且被吸收，则测得工业烧碱的纯度将偏低．
【实验反思】有同学认为也可用“沉淀法”来测定上述工业烧碱样品的纯度，可供选择的试剂有氯化钙溶液、氯化钡溶液，则：选BaCl₂溶液更好．与等质量的碳酸钠反应，BaCl₂反应后生成的沉淀质量更大，称量时误差小，计算结果更准确．
【拓展提高】硫酸和碳酸钠反应生成了硫酸钠、水和二氧化碳，若硫酸和碳酸钠恰好完全反应则生成的溶液中的溶质为硫酸钠；若硫酸过量，则得到溶液溶质为硫酸钠和硫酸，若硫酸的量不足，则得到溶液含有的溶质为硫酸钠和碳酸氢钠．
故答案为：
（1）Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O；
（2）吸水干燥CO₂气体；（3）继续滴加稀硫酸时，不再有气泡产生；
【交流讨论】②③④；
【方案改进】先关闭c，再打开a、b；
【数据分析】样品的质量和D装置增加的质量；偏低；
【实验反思】选BaCl₂溶液更好．与等质量的碳酸钠反应，BaCl₂反应后生成的沉淀质量更大，称量时误差小，计算结果更准确．
【拓展提高】①Na₂SO₄和H₂SO₄；②Na₂SO₄；③Na₂SO₄和NaHCO₃．

点评 在解此类题时，首先分析问题情景，找到实验探究的反应原理；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．