Question

18．某Na₂CO₃样品中混有少量NaCl，为测定该Na₂CO₃样品中Na₂CO₃的质量分数，某同学设计了一套实验装置（如图所示）．

[实验原理]Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
通过实验测定反应产生的CO₂的质量，即可求得原样品中Na₂CO₃的质量，进而求得Na₂CO₃在样品中的质量分数．
[实验步骤]
①如图连接装置（管口a、b、c暂不连接），并加入所需药品．
②称量并记录装置D的质量（m₁）．（称量时注意封闭此装置）
③挤压空气气囊，持续约1分钟．
④连接管口a、b、c．
⑤打开分液漏斗F的活塞，将稀硫酸快速加入B中后，关闭活塞．
⑥挤压空气气囊，持续约1分钟．
⑦称量并记录装置D的质量（m₂）．（称量时注意封闭此装置）
⑧计算．
请填空回答下列问题：
（1）步骤③操作的作用是用除去二氧化碳的空气赶走体系中的二氧化碳；步骤⑥操作的作用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D中．
（2）若所取Na₂CO₃样品的质量为5.3g，为确保实验顺利完成，分液漏斗F中至少要盛放10%的稀硫酸（密度为1.07g/mL）45.8mL（精确到0.1）．若m₁为51.20g，m₂为53.18g，则样品中Na₂CO₃的质量分数为90%．

Answer 1

分析 （1）根据实验过程中，为减小误差需要先把装置内的二氧化碳全部排出，还需要把装置内生成的二氧化碳气体全部被吸收进行分析；
（2）确保实验顺利完成，需要考虑把5.3g样品中的碳酸钠完全反应，因此，可通过假设样品为纯净碳酸钠完全反应需要消耗硫酸的量确定要在分液漏斗中加入稀硫酸的量；
装置D因吸收产生的二氧化碳而质量增加，根据装置D增加的二氧化碳质量，利用反应的化学方程式可计算参加反应碳酸钠的质量．

解答 解：（1）步骤③挤压空气气囊，持续约1分钟．通过压入除出二氧化碳的空气把装置内残存含二氧化碳的空气排气，避免空气中二氧化碳对实验的影响；
步骤⑥是在实验中反应结束后，挤压空气气囊，持续约1分钟，可以把残留在装置内的二氧化碳全部排出，由装置D进行完全吸收，确保测定的准确度；
（2）若5.3g固体全部为碳酸，设完全反应消耗10%稀硫酸的质量为x，
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106     98
5.3g   x×10%
$\frac{106}{5.3g}$=$\frac{98}{x×10%}$
解之得 x=49g
10%的稀硫酸（密度为1.07g/mL）的体积=$\frac{49g}{1.07g/mL}$≈45.8mL；
装置D实验前后质量m₁为51.20g，m₂为53.18g，则装置D吸收二氧化碳的质量=53.18g-51.20g=1.98g；
设参加反应碳酸钠的质量为y
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                    44
y                    1.98g
$\frac{106}{y}$=$\frac{44}{1.98g}$
解之得 y=4.77g
样品中Na₂CO₃的质量分数为：$\frac{4.77g}{5.3g}$×100%=90%．
故答案为：（1）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D中；
（2）45.8，90%．

点评 在计算长颈漏斗内所加稀硫酸的量时要特别注意：确保实验顺利完成，必须保证稀硫酸的量足量，因此必须假设所取样品为纯净的碳酸钠来计算完全反应所需要稀硫酸的量．