Question

14．我国著名的闽籍制碱专家侯德榜，在纯碱制造方面做出了重大贡献．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碳酸钠的质量分数进行实验探究，在老师的指导下，他们设计了下列两种实验方案进行试验．
资料摘要：
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
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11.6g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

（1）分析滴加的CaCl₂溶液要过量的原因：产生白色沉淀与碳酸钠充分反应；
（2）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．称得沉淀物的质量为10g
（已知 Na₂CO₃和CaCO₃的相对分子质量分别为106和100），计算Na₂CO₃的质量分数为91.4%．
[方案二]样品与稀盐酸反应，测定Na₂CO₃的质量分数
利用如图所示实验装置（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）．

（3）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．
（4）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↑．
（5）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）根据滴加的CaCl₂溶液要过量的原因与碳酸钠充分反应进行解答；
（2）根据碳酸钙的质量计算碳酸钠的质量，进一步计算碳酸钠的质量分数；
（3）根据空气中含有二氧化碳进行解答；
（4）根据盐酸和碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳进行书写化学方程式；
（5）根据质量守恒定律可知装置C中反应前后的质量差就是产生CO₂的质量进行解答．

解答 解：
（1）滴加的CaCl₂溶液要过量的原因与碳酸钠充分反应；故填：产生白色沉淀与碳酸钠充分反应；
（2）设Na₂CO₃的质量为x；
Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl
106                      100
x                          10g
$\frac{106}{x}=\frac{100}{10g}$
x=10.6g
Na₂CO₃的质量分数为$\frac{10.6g}{11.6g}×100%$=91.4%
（3）空气中含有二氧化碳，所以打开止水夹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；
（4）盐酸和碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳，故其反应的化学方程式为：
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑；
（5）由质量守恒定律可知装置C中反应前后的质量差就是产生CO₂的质量，装置D的作用是防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置C，所以若没有装置D，将会使测定结果偏大．
故答案为：
（1）产生白色沉淀与碳酸钠充分反应；
（2）91.4%；
（3）二氧化碳；
（4）Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑；
（5）C；偏大．

点评 本题将计算和实验有机地结合起来进行考查，通过认真审题，结合题干中已给出一系列的提示，根据提出的问题，发现有用的信息，充分发挥联想，与已有的知识建立联系，然后进行类比推导，从而达到解决问题的目的．