Question

16．为测定某碳酸氢钠样品的纯度（含有少量氯化钠），某实验小组通过以下装置设计实验方案（已知：每个方案均称取mg样品）．

（1）若剂X为足量的Ba（OH）₂溶液，由A、B、D组成实验装置．实验过程中需持续缓缓通入空气，其主要作用是把生成的二氧化碳全部赶入装置D中，使之全部被氢氧化钡溶液吸收．A装置中NaOH溶液的作用是吸收空气中的二氧化碳等酸性气体，D中反应的离子方程式是CO₂+Ba²⁺+2OH^-═BaCO₃↓+H₂O．
（2）若试剂X为浓硫酸，装置的连接顺序为ADCB（填装置的字母编号）．该方案需直接测定的物理量是装置C反应前后的质量．
（3）某同学也可用如图F装置进行上述测定：
①为了减小实验误差，量气管中加入的液体X为饱和NaHCO₃溶液．②通过实验，测得该试样中碳酸氢钠质量分数偏低，产生这种现象的原因可能是b．（填序号）：
a．测定气体体积时未冷却至室温
b．测定气体体积时水准管的液面高于量气管的液面
c．Y型管中留有反应生成的气体
d．气体进入量气管前未用浓硫酸干燥
③量气管中测得生成的气体体积为VmL（标准状况），则该样品中NaHCO₃的纯度为$\frac{3V}{8m}$%．

Answer 1

分析 （1）若剂X为足量的Ba（OH）₂溶液，由A、B、D组成实验装置，则用沉淀法测定碳酸氢钠样品的纯度，即根据产生的二氧化碳与氢氧化钡反应生成沉淀的质量推算碳酸钠的质量，进而确定质量分数，在此实验中要将产生的二氧化碳全部被氢氧化钡吸收，同时要防止空气中的二氧化碳对实验的干扰；
（2）若试剂X为浓硫酸，则为根据产生二氧化碳的质量推算碳酸钠的质量，进而确定质量分数，实验时要防止空气中的二氧化碳对实验的干扰，据此确定装置的连接顺序，二氧化碳的质量是通过碱石灰的质量变化确定的；
（3）①二氧化碳能溶于水，用饱和碳酸氢钠溶液可以降低二氧化碳的溶解度，减小实验误差．
②a、测定气体体积时未冷却至室温，则测得的气体体积偏高；
b、水准管的液面高于量气管的液面，则气体压强大于大气压，会使测定的体积偏小；
c、原Y形管内有空气，后留有反应产生的气体不影响实验结果；
d、用排水集气法测定气体体积，量气管不需要干燥；
③量气管中测得生成的气体体积为VmL（标准状况），其物质的量为$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，样品中NaHCO₃的物质的量为$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，根据纯度=$\frac{NaHC{O}_{3}的质量}{样品的质量}$×100%计算；

解答 解：（1）若剂X为足量的Ba（OH）₂溶液，由A、B、D组成实验装置，则用沉淀法测定碳酸氢钠样品的纯度，即根据产生的二氧化碳与氢氧化钡反应生成沉淀的质量推算碳酸钠的质量，进而确定质量分数，反应的离子方程式为CO₂+Ba²⁺+2OH^-═BaCO₃↓+H₂O，在此实验中要将产生的二氧化碳全部被氢氧化钡吸收，所以通入空气的作用是把生成的二氧化碳全部赶入装置D中，使之全部被氢氧化钡溶液吸收，同时要防止空气中的二氧化碳对实验的干扰，所以装置A中的氢氧化钠的作用是吸收空气中的二氧化碳等酸性气体，
故答案为：把生成的二氧化碳全部赶入装置D中，使之全部被氢氧化钡溶液吸收；吸收空气中的二氧化碳等酸性气体；CO₂+Ba²⁺+2OH^-═BaCO₃↓+H₂O；
（2）若试剂X为浓硫酸，则为根据产生二氧化碳的质量推算碳酸钠的质量，进而确定质量分数，实验时要防止空气中的二氧化碳对实验的干扰，所以装置的连接顺序为ADCB，二氧化碳的质量是通过碱石灰的质量变化确定的，所以实验中要测定的物理量是装置C反应前后的质量，
故答案为：ADCB；装置C反应前后的质量；
（3）①二氧化碳能溶于水，用饱和碳酸氢钠溶液可以降低二氧化碳的溶解度，减小实验误差，
故答案为：饱和NaHCO₃；
②a、测定气体体积时未冷却至室温，由于热胀冷缩，导致所测体积偏大，会使测定结果偏高；
b、气体压强大于大气压，会使测定的体积偏小，导致碳酸氢钠的测定结果偏低；
c、原Y形管内有空气，后留有反应产生的气体不影响实验结果；
d、用排水集气法测定气体体积，量气管不需要干燥，d项无影响，
故选b；
③量气管中测得生成的气体体积为VmL（标准状况），其物质的量为$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，样品中NaHCO₃的物质的量为$\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，根据纯度=$\frac{NaHC{O}_{3}的质量}{样品的质量}$×100%=$\frac{\frac{V×1{0}^{-3}}{22.4}×84}{m}$×100%=$\frac{3V}{8m}$%，
故答案为：$\frac{3V}{8m}$%．

点评 本题考查对实验原理与操作步骤的理解及评价、常用化学用语、化学计算、物质组成的测定等，难度较大，是对所需知识的综合运用，需要学生具有扎实的基础知识与分析问题、解决问题的能力，理解实验原理是解答的关键．