Question

2．工业烧碱具有较好的杀菌消毒作用且廉价易得，但工业烧碱中常含有杂质碳酸钠．某科学学习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．
【原理思路】利用Na₂CO₃与稀H₂SO₄反应产生CO₂，写出该反应的方程式Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；通过CO₂质量的测定，确定样品中碳酸钠的质量，从而计算样品纯度．
【实验方案】小科同学根据以上思路，设计了如图甲的实验方案（固定装置省略）．
【交流讨论】小明认为图甲实验方案的设计有缺陷，若按该方案进行测定会导致难以避免的误差．你认为下列哪些因素会导致难以避免的误差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①干燥管与空气直接相通
【方案改进】为减少误差，使CO₂质量的测定更准确，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打开a、b，关闭c．
【数据分析】若撤去图乙中的C装置，则测得工业烧碱的纯度将偏低（填“偏高”、“偏低”或“无影响”）．
【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，其所有的可能组成为Na₂SO₄和H₂SO₄；Na₂SO₄；Na₂SO₄和NaHCO₃．

Answer 1

分析 【原理思路】
碳酸钠和稀硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳；
【交流讨论】
加入的稀硫酸量不足，则会使反应不完全，生成二氧化碳的质量偏低；此误差可能过继续加入硫酸弥补；
装置内空气中的CO₂没有排出，会使测得的二氧化碳的质量偏低；
反应产生的CO₂未被完全吸收，会使没得的二氧化碳的质量偏低；
干燥管与空气直接相通，会吸收空气中的水蒸气和二氧化碳气体．造成测得的质量偏高；
【拓展提高】
如加入的硫酸不足以使生成的NaHCO₃完全反应，溶液中的溶质应为：Na₂SO₄和NaHCO₃；
如加入的硫酸恰好使生成的NaHCO₃完全反应，溶液中的溶质应为：Na₂SO₄；
如加入的硫酸使生成的NaHCO₃完全反应，且过量，溶液中的溶质应为：Na₂SO₄和H₂SO₄．

解答 解：【原理思路】
碳酸钠和稀硫酸反应的化学方程式为：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
故填：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
【交流讨论】
加入的稀硫酸量不足，则会使反应不完全，生成二氧化碳的质量偏低；此误差可能过继续加入硫酸弥补；
装置内空气中的CO₂没有排出，会使测得的二氧化碳的质量偏低；
反应产生的CO₂未被完全吸收，会使没得的二氧化碳的质量偏低；
干燥管与空气直接相通，会吸收空气中的水蒸气和二氧化碳气体．造成测得的质量偏高；
由分析可知，②③④会导致难以避免的误差．
故填：②③④．
【方案改进】
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打开a、b，关闭c．
故填：打开a、b，关闭c．
【数据分析】
若撤去图乙中的C装置，会导致测定的碳酸钠质量偏大，从而导致计算的氢氧化钠质量偏小，进一步导致则测得工业烧碱的纯度偏低．
故填：偏低．
【拓展提高】
如加入的硫酸不足以使生成的NaHCO₃完全反应，溶液中的溶质应为：Na₂SO₄和NaHCO₃；如加入的硫酸恰好使生成的NaHCO₃完全反应，溶液中的溶质应为：Na₂SO₄；如加入的硫酸使生成的NaHCO₃完全反应，且过量，溶液中的溶质应为：Na₂SO₄和H₂SO₄．
故填：Na₂SO₄和H₂SO₄；Na₂SO₄；Na₂SO₄和NaHCO₃．

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．