Question

12．用“侯氏制堿法”制得的純堿中常含有氯化鈉等雜質，化學興趣小組欲對某品牌純堿樣品中的碳酸鈉質量分數進行實驗探究，在老師指導下，他們設計下列兩種實驗方案進行實驗．
[查閱資料]：Ⅰ．碳酸鈉和氯化鈣能發生復分解反應．Ⅱ．濃硫酸具有很強的吸水性；堿石灰常用于吸收水蒸氣和二氧化碳．
[方案一]樣品與氯化鈣溶液反應，測定Na₂CO₃的質量分數
（1）樣品與氯化鈣溶液的反應實驗（雜質不與氯化鈣溶液反應）：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取一定量純堿樣品配成溶液后，滴加過量的CaCl2溶液．	產生白色沉淀	反應的化學方程式： Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl

（2）分析滴加的CaCl₂溶液要過量的原因：使樣品中的碳酸鈉完全反應；
（3）將反應后的混合物進行過濾，把獲得的沉淀物進行洗滌、干燥、稱量．利用沉淀物質量計算Na₂CO₃的質量分數為91%．如果不洗滌沉淀物會造成測定結果大于91%，這是因為碳酸鈣表面附著一些雜質．
[方案二]樣品與稀鹽酸反應，測定Na₂CO₃的質量分數
利用下圖所示實驗裝置（鐵架臺略去）和試劑，通過測定樣品和稀鹽酸反應產生的CO₂氣體的質量，計算Na₂CO₃的質量分數（裝置氣密性良好，忽略鹽酸的揮發性且每步反應或作用都是完全的）．

（4）打開止水夾K，先對裝置A和B（已連接）通入已除去CO₂的空氣一會兒，以排盡裝置A和B中含有的二氧化碳，再接上裝置C和D．
（5）關閉止水夾K，加入足量的稀鹽酸（雜質不與鹽酸反應），裝置A中樣品產生氣體的化學方程式為Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（6）待裝置A中的反應結束后，再一次打開止水夾K，繼續往裝置通入已除去CO₂的空氣一會兒．根據質量守恒定律，裝置C（填標號）在反應前后的質量差就是產生CO₂的質量，由此計算出該樣品中Na₂CO₃的質量分數．若沒有裝置D，將會使測定結果偏大（選填“偏大”或“偏小”）．

Answer 1

分析 （1）碳酸鈉和氯化鈣反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉；
（2）滴加的CaCl₂溶液過量能使碳酸鈉完全反應；
（3）如果不洗滌沉淀物時，由于沉淀物上附著有雜質，會導致測定的沉淀物質量偏大；
（4）打開止水夾K，先對裝置A和B（已連接）通入已除去CO₂的空氣一會兒，以排盡裝置A和B中含有的二氧化碳；
（5）碳酸鈉和稀鹽酸反應生成氯化鈉、水和二氧化碳；
（6）根據質量守恒定律，裝置C在反應前后的質量差就是產生CO₂的質量；
若沒有裝置D，空氣中的二氧化碳會進入裝置C中．

解答 解：（1）取一定量純堿樣品配成溶液后，滴加過量的CaCl₂溶液，產生白色沉淀，這是因為碳酸鈉和氯化鈣反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，反應的化學方程式為：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl，實驗過程如下表所示：

實驗操作	實驗現象	實驗結論
取一定量純堿樣品配成溶液后，滴加過量的CaCl2溶液．	產生白色沉淀	反應的化學方程式：Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl

（2）滴加的CaCl₂溶液過量能使碳酸鈉完全反應．
故填：能使碳酸鈉完全反應．
（3）利用沉淀物質量計算Na₂CO₃的質量分數為91%，如果不洗滌沉淀物會造成測定結果大于91%，這是因為碳酸鈣表面附著一些雜質，導致測定的碳酸鈣質量偏大，從而導致測定結果偏大．
故填：碳酸鈣表面附著一些雜質．
（4）打開止水夾K，先對裝置A和B（已連接）通入已除去CO₂的空氣一會兒，以排盡裝置A和B中含有的二氧化碳，再接上裝置C和D．
故填：二氧化碳．
（5）關閉止水夾K，加入足量的稀鹽酸，裝置A中，碳酸鈉和稀鹽酸反應生成氯化鈉、水和二氧化碳，反應的化學方程式為：Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
故填：Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（6）待裝置A中的反應結束后，再一次打開止水夾K，繼續往裝置通入已除去CO₂的空氣一會兒．根據質量守恒定律，裝置C在反應前后的質量差就是產生CO₂的質量，由此計算出該樣品中Na₂CO₃的質量分數；
若沒有裝置D，空氣中的二氧化碳會進入裝置C中，將會使測定結果偏大．
故填：C；偏大．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．