Question

14．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，再称取剩余固体质量．实验中加热时可能发生的反应的方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O．
（2）方案二：按图装置进行实验，通过测定反应所产生气体的质量来达到实验目的，分液漏斗中所装液体为硫酸．请回答以下问题．

①实验前先检查装置的气密性．
②洗气瓶B中所装的试剂为稀硫酸，其作用是吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入C被吸收．
③实验中除称量样品质量外，还需称C装置前后质量的变化．（填“A”、“B”“C”或“D”）
（3）方案三：称取一定量样品20.0g，置于小烧杯中，加适量水溶解，向小烧杯中加入足量氯化钡溶液．过滤、洗涤、干燥沉淀，称量固体质量为19.7g．
①过滤操作中，除了烧杯外还用到的玻璃仪器有漏斗、玻璃棒；
②实验中判断沉淀是否完全的方法是取少量滤液，再滴加BaCl₂溶液少许，如无白色沉淀出现，说明沉淀完全．
③通过计算可得到样品中纯碱的质量分数为53%．

Answer 1

分析 （1）方案一原理为在加热的条件下Na₂CO₃能够稳定存在，而NaHCO₃较易发生如下的分解反应2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，从而可根据其反应产生的CO₂和水蒸汽H₂O的量或残留的固体的量推算出小苏打样品中纯碱的质量分数；
（2）方案二原理为一定量混合样品与足量的稀硫酸分别发生如下反应Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O，2 NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO4+2CO₂↑+2H₂O↑，根据所产生的CO₂的质量，可以分别求得样品中Na₂CO₃和NaHCO₃的质量从而得出纯碱的质量分数．该方案关键是要获得产生的CO₂的质量，自然在实验前要检查装置的气密性，要将装置中的CO₂全部被碱石灰所吸收，要称量碱石灰在吸收CO₂前后的质量；
①制备气体实验，实验前应先检验装置气密性；
②盐酸具有挥发性，会影响实验结果，D干燥管中的碱石灰吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入C；
③实验根据C装置前后质量变化判断生成二氧化碳的质量；
（3）方案三原理为在样品中加入BaCl₂溶液，其中Na₂CO₃可与BaCl₂发生反应Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃与BaCl₂则不反应．从而根擗产生的沉淀量，得出纯碱的质量分数，方案关键是测定BaCO₃沉淀的质量，自然要保证沉淀完全，要正确过滤好，
①根据过滤具体操作判断所需仪器；
②试验中判断沉淀是否完全的方法是：取少量滤液，再滴加BaCl₂溶液少许，如无白色沉淀出现，说明沉淀完全；
③在一定量样品中加入足量Na₂CO₃可与BaCl₂发生反应Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃与BaCl₂则不反应，根据BaCO₃沉淀的量，就可得出纯碱的质量分数．

解答 解：（1）实验中加热时碳酸氢钠发生分解，反应的方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）①该方案是要获得产生的CO₂的质量，在实验前要检查装置的气密性，
故答案为：检查装置的气密性；
②盐酸具有挥发性，会影响实验结果，所以选择稀硫酸；D干燥管中的碱石灰吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入C被吸收，减少误差，
故答案为：吸收空气中的水蒸气、二氧化碳，防止进入C被吸收；
③根据所产生的CO₂的质量及样品质量，分别求得样品中Na₂CO₃和NaHCO₃的质量从而得出纯碱的质量分数，所以需称量C装置前后质量变化判断生成二氧化碳的质量．
故答案为：C；
（3）①过滤操作中，除了烧杯外还用到漏斗、玻璃棒，
故答案为：漏斗、玻璃棒；
②试验中判断沉淀是否完全的方法是：取少量滤液，再滴加BaCl₂溶液少许，如无白色沉淀出现，说明沉淀完全，
故答案为：取少量滤液，再滴加BaCl₂溶液少许，如无白色沉淀出现，说明沉淀完全；
③在一定量样品中加入足量Na₂CO₃可与BaCl₂发生反应Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl，而NaHCO₃与BaCl₂则不反应，根据题意可知，BaCO₃沉淀的质量为19.7g，即为0.1mol，所以碳酸钠的物质的量为0.1mol，即质量为10.6g，所以纯碱的质量分数为$\frac{10.6g}{20g}$×100%=53%，
故答案为：53%．

点评 本题以实验探究“测定放置已久的小苏打样品中纯碱的质量分数”为载体，考查学生对于实验原理与装置理解评价、实验基本操作、化学计算等，题目难度中等，题目涉及到的小苏打和纯碱的化学知识是多方面的，构成了一道多角度的探究题．