Question

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，試劑的純度是影響實驗結果的一個重要因素．氫氧化鈉是實驗室的常備試劑，但因受空氣的影響而含有碳酸鈉雜質．學會從不同角度去分析問題一直是我們努力的方向，某化學研究性小組為測定混有碳酸鈉的氫氧化鈉樣品的純度提出如下幾種實驗方案．

方案一  稱取m₁g樣品溶于水，滴加足量BaC1₂溶液至沉淀完全，過濾、洗滌、干燥、稱重得固體m₂g，計算NaOH的純度．
（1）如何證明沉淀已洗滌干凈   
方案二 將m₁g樣品放入圓底燒瓶中，分液漏斗中裝入足量試劑X，測量產生CO₂的量有多種方式，該組甲、乙兩位同學提出了不同方法．
甲同學利用圖1裝置測量產生CO₂的體積
乙同學利用圖2裝置測量產生CO₂的質量，乙同學的具體操作是：稱量整個裝置的質量為m₂g，加入足量試劑X使樣品完全反應，然后通入足量的空氣后稱量整個裝置的質量為m₃g．
（2）裝置中的試劑分別是X：       Y：       Z：   
圖1裝置反應后燒瓶中總會留有CO₂     （填“是”、“否”）影響測出的CO₂的體積．
圖2裝置中若沒有通空氣的操作，則測得NaOH的純度      （填“偏高”、“偏低”）
方案三  稱取m g樣品配成 V mL溶液，取V₁ mL溶液滴加過量的BaCl₂溶液和幾滴酚酞，再用標準鹽酸（濃度用c（HCl）表示）滴定，測出消耗鹽酸的體積為V₂  mL，用m、V、V₁、V₂、c（HCl）計算NaOH的純度．
（3）根據方案三計算NaOH的純度的表達式為（不必簡化）：    ．

Answer 1

【答案】分析：（1）反應生成是碳酸鋇沉淀，沉淀會附著氯化鈉、氯化鋇等物質，檢驗最后的濾液中是否含有鋇離子或氯離子即可；
（2）甲同學利用X與樣品反應生成二氧化碳，通過測定二氧化碳的體積計算樣品中碳酸鈉的質量，進而計算純度．乙同學利用X與樣品反應生成二氧化碳，將生成的二氧化碳從裝置中完全排出，通過反應前后整套裝置的質量差，測定二氧化碳的質量，計算樣品中碳酸鈉的質量，進而計算純度；
故使用的試劑X不能具有揮發性，否則會影響乙同學方案中二氧化碳質量的測定，導致測定二氧化碳的質量偏大，故試劑X應選擇稀硫酸；圖2中干燥管是吸收二氧化碳中的水蒸氣，防止影響二氧化碳質量的測定，故應固體Z具有吸水性，且不能吸收二氧化碳；圖1中利用排液體法測定二氧化碳的體積，故試劑Y不能溶解二氧化碳，故可以選擇飽和的碳酸氫鈉；
圖1裝置反應后燒瓶中總會留有CO₂，二氧化碳排出空氣，占有原來空氣的體積，不影響測出的CO₂的體積；
圖2裝置中若沒有通空氣的操作，二氧化碳部分殘留在裝置內，二氧化碳排出空氣，占有原來空氣的體積，但二氧化碳的摩爾質量比空氣大，導致排出氣體的質量減小，即測定二氧化碳的質量偏小；
（3）V₁ mL溶液中加過量的BaCl₂溶液和幾滴酚酞，再用標準鹽酸（濃度用c（HCl）表示）滴定，滴定反應為OH^-+H⁺=H₂O，
消耗鹽酸的物質的量為c（HCl）×V₂×10^-3mol，故V₁ mL溶液中n（NaOH）=c（HCl）×V₂×10^-3mol，m g樣品中含有氫氧化鈉為×c（HCl）×V₂×10^-3mol，據此計算mg樣品中氫氧化鈉的質量，根據純度定義計算．
解答：解：（1）反應生成是碳酸鋇沉淀，沉淀會附著氯化鈉、氯化鋇等物質，檢驗最后的濾液中是否含有鋇離子或氯離子即可，檢驗方法是：取最后的濾液少許與試管內，滴加硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，說明洗滌干凈．（或取最后的濾液少許與試管內，滴加硫酸鈉溶液，若無白色沉淀生成，說明洗滌干凈），
故答案為：取最后的濾液少許與試管內，滴加硝酸銀溶液，若無白色沉淀生成，說明洗滌干凈．（或取最后的濾液少許與試管內，滴加硫酸鈉溶液，若無白色沉淀生成，說明洗滌干凈）；
（2）甲同學利用X與樣品反應生成二氧化碳，通過測定二氧化碳的體積計算樣品中碳酸鈉的質量，進而計算純度．乙同學利用X與樣品反應生成二氧化碳，將生成的二氧化碳從裝置中完全排出，通過反應前后整套裝置的質量差，測定二氧化碳的質量，計算樣品中碳酸鈉的質量，進而計算純度．
故使用的試劑X不能具有揮發性，否則會影響乙同學方案中二氧化碳質量的測定，導致測定二氧化碳的質量偏大，故試劑X應選擇稀硫酸；圖2中干燥管是吸收二氧化碳中的水蒸氣，防止影響二氧化碳質量的測定，故應固體Z具有吸水性，且不能吸收二氧化碳，故Z以選用無水CaCl₂，圖1中利用排液體法測定二氧化碳的體積，故試劑Y不能溶解二氧化碳，故可以選擇飽和的碳酸氫鈉溶液；
圖1裝置反應后燒瓶中總會留有CO₂，二氧化碳排出空氣，占有原來空氣的體積，不影響測出的CO₂的體積；
圖2裝置中若沒有通空氣的操作，二氧化碳部分殘留在裝置內，二氧化碳排出空氣，占有原來空氣的體積，但二氧化碳的摩爾質量比空氣大，導致排出氣體的質量減小，即測定二氧化碳的質量偏小，計算碳酸鈉的質量偏小，氫氧化鈉的純度偏高，
故答案為：稀硫酸；飽和的碳酸氫鈉溶液；無水CaCl₂；否；偏高；
（3）V₁ mL溶液中加過量的BaCl₂溶液和幾滴酚酞，再用標準鹽酸（濃度用c（HCl）表示）滴定，滴定反應為OH^-+H⁺=H₂O，
消耗鹽酸的物質的量為c（HCl）×V₂×10^-3mol，故V₁ mL溶液中n（NaOH）=c（HCl）×V₂×10^-3mol，m g樣品中含有氫氧化鈉為×c（HCl）×V₂×10^-3mol，mg樣品中氫氧化鈉的質量為×c（HCl）×V₂×10^-3mol×40g/mol=×c（HCl）×V₂×10^-3×40g，故樣品中氫氧化鈉純度為×100%，
故答案為：×100%．
點評：本題考查學生對實驗原理及裝置理解、對操作的評價、物質含量的測定、中和滴定、化學計算等，難度中等，清楚實驗原理是解題的關鍵，是對所學知識的綜合運用，需要學生具備扎實的基礎與運用知識分析問題解決問題的能力．