Question

7．实验室测定碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数W（Na₂CO₃），称取此混合物5.0g，溶于水中，配成250mL溶液．
方案一：沉淀法．利用化学反应把HCO₃^-、CO₃^2-完全转化为沉淀，称量干燥沉淀的质量，由此计算混合物中ω（Na₂CO₃）．
（1）量取100mL配制好的溶液于烧杯中，滴加足量沉淀剂，把溶液中HCO₃^-、CO₃^2-完全转化为沉淀，应选用的试剂是D（填编号）．
A．CaCl₂溶液       B．MgSO₄溶液      C．NaCl溶液       D．Ba（OH）₂溶液
（2）过滤，洗涤沉淀，判断沉淀是否洗净的方法是取少量最后一次洗涤液，滴加Na₂SO₄溶液，如无沉淀，则沉淀已洗净，反之则未完成；
（3）将所得沉淀充分干燥，称量沉淀的质量为mg，由此可以计算ω（Na₂CO₃）．如果此步中，沉淀未干燥充分就称量，则测得ω（Na₂CO₃）偏小（填“偏大”、“偏小“或“无影响”）．
方案二：量气法．量取10.00mL配制好的溶液与足量稀硫酸溶液反应，测定生成气体在通常状况（约20℃、1.01×10⁵Pa）的体积，由此计算混合物中ω（Na₂CO₃）．
（1）装置中导管a的作用是平衡压强、使液体顺利滴下，消除加入稀硫酸引起的气体体积误差．
（2）若撤去导管a，使测得气体体积偏大（“偏大”，“偏小”或“无影响”）．
方案三：滴定法．量取25.00mL配制好的溶液加入锥形瓶中，滴加2滴酚酞试剂，摇匀，用0.2000mol/L的盐酸滴定到终点（已知终点时反应H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-恰好完全）．重复此操作2次，消耗盐酸的体积平均值为20.00mL．
（1）量取25.00mL配制好的溶液，应选择碱式滴定管仪器来完成．
（2）判断滴定终点的依据是由红色突变为无色，且30s不恢复．
（3）此法测得ω（Na₂CO₃）=84.8%．

Answer 1

分析 方案一：（1）滴加足量沉淀剂，把溶液中HCO₃^-、CO₃^2-完全转化为沉淀，关键是该沉淀剂能够与碳酸氢根离子反应生成沉淀；
（2）过滤，洗涤沉淀，判断沉淀是否洗净的方法，根据洗涤液中是否含有钡离子检验；
（3）沉淀未干燥充分就称量，则称量值偏大，由于在质量相等的条件下碳酸氢钠产生的沉淀大于碳酸钠产生的沉淀，据此判断对测定结果的影响；
方案二：（1）由于碳酸盐与酸反应产生二氧化碳气体，瓶内压强增大，所以装置中导管a的作用是平衡压强、使液体顺利滴下；消除加入稀硫酸引起的体积误差；
（2）若撤去导管a，会导致硫酸的体积产生误差；
方案三：（1）碳酸钠、碳酸氢钠的混合液显碱性，应该用碱式滴定管量取；
（2）酚酞的变色范围是8.2～10.0，反应结束时溶液由红色突变为无色，据此判断滴定终点；
（3）根据反应H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-计算出50 mL样品溶液中含有的碳酸钠的物质的量，然后计算出250mL样品溶液中含有的碳酸钠的物质的量，再根据m=nM计算出碳酸钠的质量，最后根据质量分数的表达式计算出样品中碳酸钠的质量分数．

解答 解：方案一：（1）A．CaCl₂溶液只能与碳酸根反应转化为碳酸根沉淀，故A错误；
B．MgSO₄溶液与HCO₃^-、CO₃^2-均不反应，故B错误；
C．NaCl溶液与HCO₃^-、CO₃^2-都不反应，故C错误；
D．Ba（OH）₂溶液与HCO₃^-、CO₃^2-都发生反应生成碳酸钡沉淀，故D正确；
故答案为：D；
（2）过滤，洗涤沉淀，判断沉淀是否洗净的方法，根据洗涤液中是否含有钡离子检验，取少量最后一次洗涤液，滴加Na₂SO₄溶液，如无沉淀，则沉淀已洗净，反之则未完成，
故答案为：取少量最后一次洗涤液，滴加Na₂SO₄溶液，如无沉淀，则沉淀已洗净，反之则未完成；
（3）如果此步中，沉淀未干燥充分就称量，则称量值偏大，由于在质量相等的条件下碳酸氢钠产生的沉淀大于碳酸钠产生的沉淀，所以如果称量值偏大，则碳酸氢钠的质量偏大，则碳酸钠的含量偏小，故答案为：偏小；
方案二：（1）由于碳酸盐与酸反应产生二氧化碳气体，瓶内压强增大，所以装置中导管a的作用是平衡压强、使液体顺利滴下；消除加入稀硫酸引起的体积误差，故答案为：平衡压强、使液体顺利滴下，消除加入稀硫酸引起的气体体积误差；
（2）若撤去导管a，滴入硫酸到一定程度会产生压强，使测得气体体积偏大，
故答案为：偏大；
方案三：（1）溶液显碱性，因此应该用碱式滴定管量取，
故答案为：碱式滴定管；
（2）酚酞的变色范围是8.2～10.0，所以判断滴定终点的依据是由红色突变为无色，且30s不恢复，
故答案为：由红色突变为无色，且30s不恢复；
（3）反应达到终点时，发生的离子方程式为：H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-，
则根据消耗盐酸的体积可知20.00ml可知，消耗碳酸钠的物质的量为：0.2000 mol/L×0.02000L=0.004mol，
则原混合物中碳酸钠的物质的量为：0.004mol×$\frac{250ml}{25ml}$=0.04mol，质量为：0.04mol×106g/mol=4.24g，
所以碳酸钠质量分数为：$\frac{4.24g}{5.0g}$×100%=84.8%，
故答案为：84.8．

点评 本题考查碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠含量测定的实验方案设计与评价，题目难度中等，明确化学实验基本操作方法及碳酸钠、碳酸氢钠的性质为解答此题关键，试题充分考查了学生的分析、理解能力及化学实验、化学计算能力．