题目内容

18．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：
（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，其目的是使固体受热均匀，避免局部温度过高，造成固体外溅
②实验中加热至恒重的目的是使NaHCO3分解完全，并使水完全挥发．
③若实验前所称样品的质量为mg，加热至恒重时固体质量为ag，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．
②实验中除称量样品质量外，还需分别称量C装置反应前、后的质量．
③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？理由是否，E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
（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23.98%．．

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加热至恒重的目的是使NaHCO3分解完全，并使水完全挥发；
③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；
③E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；
（4）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加热至恒重的目的是使NaHCO3分解完全，并使水完全挥发，即样品由NaHCO3、Na2CO3的混合物转化为Na2CO3，
故答案为：使NaHCO3分解完全，并使水完全挥发；
③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=$\frac{168（m-a）g}{62}$=$\frac{84（m-a）}{31}$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：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；
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；
③E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：E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；
（4）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%=23.98%，
故答案为：23.98%．

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．

练习册系列答案
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（3）写出一个由D生成B的化学方程式C+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO2↑+2SO2↑+2H2O或Cu+2H2SO4（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CuSO4+SO2↑+2H2O等；
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