Question

7．某学习小组为测定放置已久的小苏打样品中纯碱的质量分数，设计如下实验方案：
（1）方案一：称取一定质量的样品，置于坩埚中加热至恒重后，冷却，称取剩余固体质量，计算．
①完成本实验需要不断用玻璃棒搅拌，其目的是使固体样品受热均匀，避免局部温度过高，造成样品外溅．
②若实验前所称样品的质量为m g，加热至恒重时固体质量为a g，则样品中纯碱的质量分数为$\frac{84a-53m}{31m}$×100%．
（2）方案二：按如图1所示装置进行实验，并回答下列问题：

①实验前先检查装置的气密性，并称取一定质量的样品放入A中，将稀硫酸装入分液漏斗中．D装置的作用是避免空气中的水蒸气和二氧化碳进入C装置中，造成实验误差．
②实验中除称量样品质量外，还需分别称量C装置反应前、后质量（填装置字母代号）．
③根据此实验得到的数据，测定结果有误差．因为实验装置还存在一个明显的缺陷，该缺陷是反应产生的二氧化碳残留在A、B装置内，不能完全被吸收．
④有同学认为，用E装置替代A装置能提高实验准确度．你认为是否正确？否（填“是”或“否”）．
（3）方案三：称取一定量的样品置于锥形瓶中，加适量水，用盐酸进行滴定，从开始至有气体产生到气体不再产生，所滴加的盐酸体积如图2所示，则小苏打样品中纯碱的质量分数为24%（保留两位有效数字）．

Answer 1

分析 小苏打久置会发生反应：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，该样品成分为NaHCO₃、Na₂CO₃，测定样品中纯碱的质量分数方法有：测定二氧化碳的质量、测定碳酸钠的质量、测定碳酸氢钠的质量．
（1）①使用玻璃棒搅拌，避免局部温度过高而是固体飞溅；
②加热碳酸氢钠分解生成碳酸钠，即样品由NaHCO₃、Na₂CO₃的混合物转化为Na₂CO₃，根据固体质量差，利用方程式利用差量法计算样品中碳酸氢钠的质量，进而计算碳酸钠计算碳酸钠的质量分数；
（2）①利用C中碱石灰增重测定反应生成二氧化碳的质量，进而计算样品中碳酸钠的质量分数，由于碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳与水蒸气，故D装置的作用是避免空气中的二氧化碳与水蒸气加入C中；
②C装置反应前后质量之差为反应生成二氧化碳的质量，根据样品总质量、二氧化碳的质量可以计算混合物中碳酸钠的质量；
③反应产生的二氧化碳残留在A、B装置内，不能完全被吸收；
④E装置用恒压分液漏斗，部分二氧化碳为残留在分液漏斗上部，使C中吸收二氧化碳质量减小；
（3）由图可知，开始发生反应：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃，产生二氧化碳的反应为：HCl+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+CO₂↑+H₂O，横坐标每个刻度为50mL，令每个刻度为1molHCl，根据方程式计算碳酸钠的物质的量，再计算样品中碳酸氢钠的物质的量，进而计算碳酸钠的质量分数．

解答 解：小苏打久置会发生反应：2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，该样品成分为NaHCO₃、Na₂CO₃，测定样品中纯碱的质量分数方法有：测定二氧化碳的质量、测定碳酸钠的质量、测定碳酸氢钠的质量．
（1）①使用玻璃棒搅拌，使固体受热均匀，避免局部温度过高，造成固体外溅，
故答案为：使固体受热均匀，避免局部温度过高，造成固体外溅；
②设样品中碳酸氢钠的质量为x，则：
2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O  质量减少
168                                                       62
x                                                        （m-a）g
则x=$\frac{84（m-a）}{31}$g，故m（Na₂CO₃）=[m-$\frac{84（m-a）}{31}$]g，
则样品中Na₂CO₃的质量分数为{[m-$\frac{84（m-a）}{31}$]g÷mg}×100%=$\frac{84a-53m}{31m}$×100%，
故答案为：$\frac{84a-53m}{31m}$×100%；
（2）①利用C中碱石灰增重测定反应生成二氧化碳的质量，进而计算样品中碳酸钠的质量分数，由于碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳与水蒸气，故D装置的作用是吸收空气中的二氧化碳与水蒸气，避免空气中的二氧化碳与水蒸气加入C中，防止测定误差，
故答案为：避免空气中的水蒸气和二氧化碳进入C装置中，造成实验误差；
②C装置反应前后质量之差为反应生成二氧化碳的质量，根据样品总质量、二氧化碳的质量可以计算混合物中碳酸钠的质量，还需分别称量C装置反应前、后的质量，
故答案为：C；
③反应产生的二氧化碳残留在A、B装置内，不能完全被吸收，使C中吸收二氧化碳质量减小，造成较大的误差，
故答案为：反应产生的二氧化碳残留在A、B装置内，不能完全被吸收；
④E装置用恒压分液漏斗，部分二氧化碳为残留在分液漏斗上部，使C中吸收二氧化碳质量减小，造成较大的误差，
故答案为：否；
（3）由图可知，开始发生反应：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃，产生二氧化碳的反应为：HCl+NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+CO₂↑+H₂O，横坐标每个刻度为50mL，令每个刻度为1molHCl，由方程式可知，样品中n（Na₂CO₃）=1mol，碳酸钠反应生碳酸氢钠为1mol，故原样品中碳酸氢钠的物质的量为5mol-1mol=4mol，则原混合物中碳酸钠的质量分数为 $\frac{1mol×106g/mol}{1mol×106g/mol+4mol×84g/mol}$×100%=24%，
故答案为：24%．

点评 本题考查物质组成含量的测定，明确实验原理是解题关键，是对学生综合能力的考查，难度中等，注意方案二有一定的缺陷，装置中的二氧化碳未能完全被C中碱石灰吸收．