Question

5．现有NaHCO₃和Na₂CO₃•xH₂O的混合物，为了测定x值，某同学采用如图所示的装置进行实验（CaCl₂、碱石灰均足量）．
已知：①2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O    
②含结晶水的物质加热易失去结晶水
（1）B装置的作用是吸收反应中生成的水
（2）C装置的作用是吸收反应中生成的CO₂
（3）若在装置A的试管中装入NaHCO₃和Na₂CO₃•xH₂O的混合物3.7g，用酒精灯加热到反应完全及A、B、C装置的质量不再发生变化，此时B管增重1.89g，C管增重0.22g，则x的值为10
（4）该装置还不是很完善，可能使测定结果偏小，应如何改进在C装置后再加一个装有碱石灰的U形管，原因为防止空气中的CO₂和H₂O被C装置中的碱石灰吸收
（5）有同学认为，也可以用以下方案测出x值：取一定质量NaHCO₃和Na₂CO₃•xH₂O的混合物（混合物质量为
m₁），使之与足量盐酸反应，产生的气体经浓硫酸干燥后用碱石灰吸收（HCl、空气等干扰因素已排除），测出碱石灰增重质量为m₂．请判断该方案是否可行（选填①或②，若同时作答，不得分）
①若可行，请写出x值计算表达式不用填写
②若不可行，如果补做以下哪个实验就可算出x值AC（不定项选择）
A．另取相同质量的混合物，加热至质量不再减少，测出剩余固体的质量
B．测出该方案中浓硫酸的增重质量
C．把与盐酸反应后的溶液蒸干，测出所得固体的质量
D．另取相同质量的混合物，加水溶解，加入足量Ba（OH）₂溶液，过滤、洗涤、干燥，测出滤渣的质量．

Answer 1

分析 A装置加热时，发生反应2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O、Na₂CO₃•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+xH₂O，H₂O被CaCl₂吸收，所以氯化钙干燥气体，CO₂是酸性氧化物，能被碱性物质吸收，所以被碱石灰吸收；    
（1）B装置中CaCl₂具有吸水性； 
（2）C装置碱石灰能吸收酸性气体；
（3）若在装置A的试管中装入NaHCO₃和Na₂CO₃•xH₂O的混合物3.7g，用酒精灯加热到反应完全及A、B、C装置的质量不再发生变化，B管增重1.89g，C管增重0.22g，则B中n（H₂O）=$\frac{1.89g}{18g/mol}$=0.105mol，C中n（CO₂）=$\frac{0.22g}{44g/mol}$=0.005mol，碳酸氢钠分解生成n（H₂O）=n（CO₂）=0.005mol，则Na₂CO₃•xH₂O分解生成的n（H₂O）=0.105mol-0.005mol=0.1mol，
 碳酸氢钠的质量为：0.01mol×84g/mol=0.84g，
则样品中碳酸钠晶体的质量为：3.7g-0.84g=2.86g，
根据结晶水物质的量计算x值；
（4）C装置连接空气，空气中二氧化碳、水蒸气也能被碱石灰吸收；
（5）碱石灰增重质量为二氧化碳质量，但无法确定结晶水的质量，要想计算x知，还需要知道产生水蒸气质量或生成碳酸盐质量．

解答 解：A装置加热时，发生反应2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O、Na₂CO₃•xH₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+xH₂O，H₂O被CaCl₂吸收，所以氯化钙干燥气体，CO₂是酸性氧化物，能被碱性物质吸收，所以被碱石灰吸收；    
（1）B装置中CaCl₂具有吸水性，所以B装置的目的是吸收水蒸气吸收反应中生成的水，故答案为：吸收反应中生成的水； 
（2）C装置碱石灰能吸收酸性气体，所以C装置的目的是吸收反应中生成的CO₂，故答案为：吸收反应中生成的CO₂；
（3）若在装置A的试管中装入NaHCO₃和Na₂CO₃•xH₂O的混合物3.7g，用酒精灯加热到反应完全及A、B、C装置的质量不再发生变化，B管增重1.89g，C管增重0.22g，则B中n（H₂O）=$\frac{1.89g}{18g/mol}$=0.105mol，C中n（CO₂）=$\frac{0.22g}{44g/mol}$=0.005mol，碳酸氢钠分解生成n（H₂O）=n（CO₂）=0.005mol，则Na₂CO₃•xH₂O分解生成的n（H₂O）=0.105mol-0.005mol=0.1mol，
 碳酸氢钠的质量为：0.01mol×84g/mol=0.84g，
则样品中碳酸钠晶体的质量为：3.7g-0.84g=2.86g，
$\frac{2.86g}{（106+18x）g/mol}×x=0.1mol$，
x=10，
故答案为：10；
（4）C装置连接空气，空气中二氧化碳、水蒸气也能被碱石灰吸收，所以该装置不完善，其改进措施为防止空气中的CO₂和H₂O被C装置中的碱石灰吸收，故答案为：在C装置后再加一个装有碱石灰的U形管；防止空气中的CO₂和H₂O被C装置中的碱石灰吸收；
（5）结晶水的物质的量无法计算，导致不能得出x值，
A．另取相同质量的混合物，加热至质量不再减少，测出剩余固体的质量，利用钠原子守恒、二氧化碳质量计算得出x值，故正确；
B．固体混合物加入稀盐酸中，发生的反应是放热反应，放出的热量使水蒸气部分挥发，所以浓硫酸吸收的水蒸气还包含稀盐酸中的水蒸气，所以测定结果偏大，故错误；
C．把与盐酸反应后的溶液蒸干，测出所得固体的质量，再结合二氧化碳质量计算得出x值，故正确；
D．另取相同质量的混合物，加水溶解，加入足量Ba（OH）₂溶液，过滤、洗涤、干燥，测出滤渣的质量，滤渣是BaCO₃，碱石灰测量的是CO₂的量，根据原子守恒知，只知道C元素的量，无法计算x知，故D错误；
故选AC．

点评 本题考查物质成分测定，为高频考点，涉及实验评价、化学方程式的计算、实验操作等知识点，明确实验原理、原子守恒、实验方案评价等知识点是解本题关键，易错点是（5）中D选项，题目难度中等．