Question

14．某学校化学兴趣小组从文献资料上获得如下信息：NaHCO₃在潮湿的空气中会缓慢分解成Na₂CO₃、H₂O和CO₂．为了验证这一信息，该科研小组将一瓶在潮湿空气中久置的NaHCO₃样品混合均匀后，进行如下探究：

【探究目的】实验测定样品中NaHCO₃、Na₂CO₃的物质的量之比
【探究思路】设计实验测量有关反应物和生成物的量，并通过计算确定样品中NaHCO₃、Na₂CO₃的物质的量之比
【实验探究】
方案甲：实验装置如图1所示．将一定质量的混合物样品加入锥形瓶中，通过分液漏斗加入一定体积的稀硫酸充分反应，在用针筒收集并确定生成气体体积（忽略针筒管壁间的摩擦）．
（1）充分反应后，针筒中气体读数为V mL，则反应中生成的CO₂气体体积＞V mL（填“=、＜或＞”）．
（2）有同学对实验测量结果提出异议，认为图1装置会导致较大的实验误差，应该用图2装置，则导气管A的作用是平衡分液漏斗内和锥形瓶中气体压强，使得溶液可以顺利流下、防止稀硫酸的体积对CO₂体积测量造成的误差．
【结果处理】锥形瓶中放有样品 3.58g，向锥形瓶中滴入一定量的稀硫酸，生成的气体体积（已换算成标准状况下）与加入稀硫酸的体积关系如图所示
（3）样品中NaHCO₃、Na₂CO₃的物质的量之比3：1
（4）实验所用硫酸的物质的量浓度是1mol/L
方案乙：某同学设计了另一种方案，其操作
（5）在一个质量为ag的蒸发皿中加入一些样品，称得总质量为bg．用酒精灯对其充分加热，冷却后称得其总质量为cg．残留在蒸发皿中的固体是（填化学式）Na₂CO₃样品中NaHCO₃的质量分数为$\frac{168（b-c）}{62（b-a）}$×100%（用含字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 【实验探究】：（1）锥形瓶中有生成的二氧化碳气体；
（2）导气管A的作用是平衡压强使液体顺利流下；
【结果处理】：（3）根据图象及反应方程式计算出硫酸的物质的量浓度；
（4）设出二者物质的量，然后根据生成的总的二氧化碳的物质的量及碳酸氢钠和碳酸钠的质量列式计算即可；
（5）碳酸氢钠加热分解生成碳酸钠、二氧化碳气体和水，据此判断残留在蒸发皿中的固体；碳酸氢钠加热分解生成碳酸钠、二氧化碳气体和水，书写化学方程式；根据差量法计算出样品中碳酸氢钠的质量、碳酸氢钠的质量分数．

解答 解：【实验探究】：（1）锥形瓶中有生成的二氧化碳气体，充分反应后，针筒中气体读数为V mL，则反应中生成的CO₂气体体积＞Vml，
故答案为：＞；
（2）导气管A的作用是平衡分液漏斗内和锥形瓶中气体压强，使得溶液可以顺利流下、防止稀硫酸的体积对CO₂体积测量造成的误差，
故答案为：平衡分液漏斗内和锥形瓶中气体压强，使得溶液可以顺利流下、防止稀硫酸的体积对CO₂体积测量造成的误差；
【结果处理】：（3）设碳酸氢钠物质的量为xmol，碳酸钠物质的量为y，由图象可知，消耗硫酸20mL，生成标况下的二氧化碳体积896mL，二氧化碳的物质的量为：$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，
根据二氧化碳物质的量列式：x+y=0.04，
根据质量关系列式：84x+106y=3.58
解得：x=0.03，y=0.01，
x：y=0.03：0.01=3：1，
故答案为：3：1；
（4）设硫酸溶液的体积为浓度为xmol/L，由图象可知，消耗硫酸20mL，生成标况下的二氧化碳体积896mL，二氧化碳的物质的量为：$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，
根据反应：HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂
                          1mol        1mol
                     2x×0.02        0.04
列式：1mol×0.04=2x×0.02×1mol
解得x=1mol/L，
故答案为：1mol/L；
（5）碳酸氢钠加热发生的反应方程式为：2NaHO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，所以残留在蒸发皿中的固体为碳酸钠，
根据差量法：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
                              168                                          62
               m（NaHCO₃）                                      （b-c）g
样品中含有碳酸氢钠的质量为：m（NaHCO₃）=$\frac{168（b-c）}{62}$g，此样品中NaHCO₃的质量分数=$\frac{\frac{168（b-c）}{62}g}{（b-a）g}$×100%=$\frac{168（b-c）}{62（b-a）}$×100%
故答案为：Na₂CO₃；$\frac{168（b-c）}{62（b-a）}$×100%．

点评 本题考查了物质性质实验方案的设计，题目难度中等，正确理解题干信息为解答关键，注意掌握物质性质实验方案的设计原则，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学计算、化学实验能力．