Question

10．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
（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：与碳酸钠充分反应．
（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出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%，这是因为不洗涤碳酸钙表面可能会附着一层可溶性物质使沉淀物质量增加，所以使得计算出的碳酸钠的质量增大．
【方案二】样品与稀硫酸反应，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，通过测定样品和稀硫酸反应产生的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，再接上装置C和D．其目的是防止空气中的二氧化碳对实验结果产生影响．
（5）关闭止水夹K，加入足量的稀硫酸（杂质不与稀硫酸反应），装置A中样品产生气体的化学方程式为Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．该方案中不能用稀盐酸代替稀硫酸的原因是盐酸具有挥发性．
（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的空气一段时间的目的是使生成的二氧化碳全部被C装置中的氢氧化钠吸收．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）根据碳酸钠溶液和氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠进行解答；
（2）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；
（3）根据不洗涤碳酸钙表面可能会附着一层可溶性物质使沉淀物质量增加进行解答；
（4）根据空气中含有二氧化碳进行解答；
（5）根据盐酸和碳酸钠反应生成氯化钠、水和二氧化碳进行解答；
（6）为了使反应生成的二氧化碳全部被氢氧化钠溶液吸收，应该待装置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；
C装置在反应前后的质量差就是产生CO₂的质量；
D中的碱石灰能够吸收空气中的水和二氧化碳，以防二氧化碳进入C装置影响实验结果．

解答 解：（1）碳酸钠溶液和氯化钙溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠，反应的化学方程式：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；故填：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；
（2）滴加的CaCl₂溶液要过量的原因与碳酸钠充分反应；故填：与碳酸钠充分反应；
（3）不洗涤碳酸钙表面可能会附着一层可溶性物质使沉淀物质量增加，所以使得计算出的碳酸钠的质量增大从而导致样品中Na₂CO₃的质量分数偏大；故填：不洗涤碳酸钙表面可能会附着一层可溶性物质使沉淀物质量增加，所以使得计算出的碳酸钠的质量增大；
（4）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；故填：防止空气中的二氧化碳对实验结果产生影响；
（5）硫酸和碳酸钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，化学方程式为Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；盐酸具有挥发性，影响实验结果；故填：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；盐酸具有挥发性；
（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，目的是使生成的二氧化碳全部被C装置中的氢氧化钠吸收；
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氢氧化钠溶液中，将会使测定结果偏大．
故填：使生成的二氧化碳全部被C装置中的氢氧化钠吸收；质量守恒；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．