Question

6．實驗室有一瓶長期暴露在空氣中的氫氧化鈉固體樣品，觀察發現，樣品表面有白色粉末．某興趣小組的同學對該樣品的成分及含量進行了探究．
【提出問題1】該樣品中含有哪些物質？
【提出猜想】通過分析，提出如下猜想：
猜想Ⅰ：已完全變質，該樣品中只含Na₂CO₃；
猜想Ⅱ：部分變質，該樣品中含有NaOH和Na₂CO₃．
（1）則NaOH變質反應的化學方程式為CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【查閱資料】
①堿性的Na₂CO₃溶液可以與中性的CaCl₂溶液發生復分解反應．
②二氧化碳在飽和的碳酸氫鈉溶液中幾乎不溶解，在27℃、101kPa時的密度為1.8g•L^-1．
【實驗探究1】
（2）為確定該樣品的成分，小明設計了如下實驗方案，請你一起完成下列實驗報告．

實驗操作	實驗現象	實驗結論
（a）取少量樣品溶于水，加入過量的氯化鈣溶液；	有白色沉淀產生	該反應的化學方程式為Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl
（b）靜置，向將上述反應后的混合液過濾，取濾液加入酚酞試液．	溶液變紅色	證明猜想Ⅱ成立

【提出問題2】如何測量該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數？
【實驗探究2】
小紅同學設計了如圖1所示的裝置（鐵架臺略去），在27℃、101kPa下按下列步驟進行實驗：

①按圖連接好裝置；
②用托盤天平準確稱取該樣品2g，放入A中試管內，向B中集氣瓶中倒入X溶液至瓶頸處；
③向分液漏斗中加入稀硫酸，打開活塞，讓稀硫酸滴入試管中至過量，關閉活塞．反應結束后，量筒中收集到X溶液220mL．
（3）在實驗步驟①和②之間，還缺少一實驗步驟，該實驗步驟是檢查裝置的氣密性．
（4）B中集氣瓶盛裝的X溶液應為飽和碳酸氫鈉溶液．
（5）試管中原有的空氣對實驗結果沒有（選填“有”或“沒有”）明顯影響．
（6）變質氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質量分數為48%（精確至1%）．
【提出問題3】怎樣提純該樣品得到較純凈的氫氧化鈉固體？
【實驗探究3】
為了得到較純凈的氫氧化鈉固體，小亮明設計了如圖2所示的實驗流程．
（7）操作②的名稱是過濾，為了使樣品充分溶解，操作①中還要用到的玻璃儀器是玻璃棒．
（8）該實驗中發生反應的化學方程式為Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH．
（9）最終所得氫氧化鈉固體的質量變質樣品中氫氧化鈉的質量大于（選填“大于”、“等于”或“小于”）．
【反思與交流】
（10）敞口放置的氫氧化鈉溶液容易變質，所以試劑瓶要用橡皮塞密封保存．
（11）通過本題，你學會了定性檢驗氫氧化鈉的變質、定量測定變質后某成分的含量，以及除雜提純物質．為了得到可靠的實驗結果，探究過程中你需要思考問題有①②④⑤⑥（填數字序號）；
①選擇試劑種類           ②確定試劑用量       ③試劑產地
④實驗裝置與步驟的設計   ⑤實驗安全環保       ⑥測量中減少誤差
（12）【實驗探究1】中的檢驗和【實驗探究3】中的除雜都將碳酸鈉進行了轉化，但二者目的不同，它們分別是檢驗中將碳酸鈉轉化為氯化鈉，以排除對氫氧化鈉檢驗的干擾、除雜中是將碳酸鈉轉化為產品氫氧化鈉．

Answer 1

分析 【提出猜想】氫氧化鈉變質是與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水；
【實驗探究1】根據碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液反應生成了碳酸鈣和氯化鈉，其中碳酸鈣為固體，而氯化鈉為中性溶液，所以為了確認氫氧化鈉是否存在，應該加入過量的氯化鋇溶液，然后再取上層清液，加入酚酞溶液進行判斷即可；
【實驗探究2】（1）做實驗時連接好儀器一定要檢查裝置的氣密性．
（2）根據實驗目的“通過測二氧化碳的體積來計算藥品中碳酸鈉的含量”進行分析，
（3）根據二氧化碳在空氣中的含量分析；
（4）量筒中收集到飽和二氧化碳水溶液220mL即為反應生成的二氧化碳的體積，由此，生成二氧化碳的質量為：220 mL/1000×1.8 g/L=0.396 g．根據二氧化碳的質量及反應的化學方程式便可求出碳酸鈉的質量，就能得出樣品中碳酸鈉的質量分數．
【實驗探究3】（1）根據操作的特點分析；玻璃棒加速溶解；
（2）根據除去氫氧化鈉中的碳酸鈉方法分析；
（3）根據由方程式分析；
【實驗反思】（1）根據實驗步驟分析；
（2）根據實驗目的分析．

解答 解：【提出猜想】氫氧化鈉變質是與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水；反應方程式為：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【實驗探究1】氯化鈣溶液和碳酸鈉反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，所以若觀察到產生了白色沉淀，則說明在該固體中含有碳酸鈉，該反應的化學方程式為：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；
碳酸鈉被完全反應后，若溶液能夠使酚酞溶液變紅，則說明溶液呈堿性，從而可以判斷該溶液中含有氫氧化鈉，則猜想Ⅲ成立；若酚酞試液沒有變紅，說明不含有氫氧化鈉，則猜想Ⅱ成立；
【實驗探究2】（3）做有氣體參與的連續性實驗的一般步驟是，連接裝置→檢驗裝置氣密性→裝藥品→做實驗．
（4）本題的實驗目的是通過測二氧化碳的體積來計算藥品中碳酸鈉的含量，所以必須保證二氧化碳的準確性，因為二氧化碳可以溶于水，所以用飽和的碳酸氫鈉水溶液，可以避免二氧化碳的減少．
（5）空氣中含有的二氧化碳量很少，不會對結果產生大的影響；
（6）解：生成二氧化碳的質量為：$\frac{220}{1000}$×1.8 g/L=0.396 g
設樣品中含碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O
106                                  44
 x                                    0.396g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{0.396g}$
解之得：x=0.954g
∴樣品中碳酸鈉的質量分數$\frac{0.954g}{2g}$
×100%≈48%
【實驗探究3】（7）操作①的名稱為溶解、②的名稱為過濾、③的名稱為蒸發，為了使樣品充分溶解，可用玻璃棒攪拌；
（8）碳酸鈉能與石灰水反應生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉，能除去雜質且沒有引入新的雜質，方程式為Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH．
（9）根據反應看出，變質生成的碳酸鈉通過反應生成氫氧化鈉，最終所得氫氧化鈉固體質量比變質后樣品中氫氧化鈉的質量多．
【實驗反思】（10）敞口放置的氫氧化鈉溶液容易變質，所以試劑瓶要用橡皮塞密封保存；
（11）定性檢驗氫氧化鈉的變質要選擇試劑種類、注意實驗裝置與步驟的計劃；定量測定變質樣品中某成分的含量時要確定試劑用量，實驗中還要考慮實驗安全環保問題、測量中減少誤差問題．
（12）檢驗中將碳酸鈉轉化為氯化鈉，以排除對氫氧化鈉檢驗的干擾；除雜中是將碳酸鈉轉化為產品氫氧化鈉．
故答案為：【提出猜想】CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【實驗探究1】

實驗操作	實驗現象	實驗結論
a．取少量樣品溶于水，加入過量的氯化鈣溶液；	白色沉淀產生	該反應的化學方程式：Na2CO3+CaCl2═CaCO3↓+2NaCl
b．將上述反應后的混合液過濾，取濾液加入酚酞試液．	溶液變紅色	證明猜想Ⅱ成立

【實驗探究2】（3）檢查裝置的氣密性；
（4）飽和碳酸氫鈉；
（5）沒有
（6）48%
【實驗探究3】（7）過濾；玻璃棒；
（8）Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH
（9）大于；
【實驗反思】
（10）用橡皮；
（11）①②④⑤⑥；
（12）檢驗中將碳酸鈉轉化為氯化鈉，以排除對氫氧化鈉檢驗的干擾；除雜中是將碳酸鈉轉化為產品氫氧化鈉．

點評 熟練掌握碳酸鈉、碳酸鈣等碳酸鹽和氫氧化鈉、氧化鈣的化學性質，能根據所給的實驗或者自己設計實驗來驗證它們是否變質，并熟練的寫出相應的化學方程式．