Question

18．某Na₂CO₃樣品中混有少量NaCl，為測定該Na₂CO₃樣品中Na₂CO₃的質量分數，某同學設計了一套實驗裝置（如圖所示）．

[實驗原理]Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
通過實驗測定反應產生的CO₂的質量，即可求得原樣品中Na₂CO₃的質量，進而求得Na₂CO₃在樣品中的質量分數．
[實驗步驟]
①如圖連接裝置（管口a、b、c暫不連接），并加入所需藥品．
②稱量并記錄裝置D的質量（m₁）．（稱量時注意封閉此裝置）
③擠壓空氣氣囊，持續約1分鐘．
④連接管口a、b、c．
⑤打開分液漏斗F的活塞，將稀硫酸快速加入B中后，關閉活塞．
⑥擠壓空氣氣囊，持續約1分鐘．
⑦稱量并記錄裝置D的質量（m₂）．（稱量時注意封閉此裝置）
⑧計算．
請填空回答下列問題：
（1）步驟③操作的作用是用除去二氧化碳的空氣趕走體系中的二氧化碳；步驟⑥操作的作用是用除去二氧化碳的空氣將反應產生的二氧化碳全部趕入D中．
（2）若所取Na₂CO₃樣品的質量為5.3g，為確保實驗順利完成，分液漏斗F中至少要盛放10%的稀硫酸（密度為1.07g/mL）45.8mL（精確到0.1）．若m₁為51.20g，m₂為53.18g，則樣品中Na₂CO₃的質量分數為90%．

Answer 1

分析 （1）根據實驗過程中，為減小誤差需要先把裝置內的二氧化碳全部排出，還需要把裝置內生成的二氧化碳氣體全部被吸收進行分析；
（2）確保實驗順利完成，需要考慮把5.3g樣品中的碳酸鈉完全反應，因此，可通過假設樣品為純凈碳酸鈉完全反應需要消耗硫酸的量確定要在分液漏斗中加入稀硫酸的量；
裝置D因吸收產生的二氧化碳而質量增加，根據裝置D增加的二氧化碳質量，利用反應的化學方程式可計算參加反應碳酸鈉的質量．

解答 解：（1）步驟③擠壓空氣氣囊，持續約1分鐘．通過壓入除出二氧化碳的空氣把裝置內殘存含二氧化碳的空氣排氣，避免空氣中二氧化碳對實驗的影響；
步驟⑥是在實驗中反應結束后，擠壓空氣氣囊，持續約1分鐘，可以把殘留在裝置內的二氧化碳全部排出，由裝置D進行完全吸收，確保測定的準確度；
（2）若5.3g固體全部為碳酸，設完全反應消耗10%稀硫酸的質量為x，
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106     98
5.3g   x×10%
$\frac{106}{5.3g}$=$\frac{98}{x×10%}$
解之得 x=49g
10%的稀硫酸（密度為1.07g/mL）的體積=$\frac{49g}{1.07g/mL}$≈45.8mL；
裝置D實驗前后質量m₁為51.20g，m₂為53.18g，則裝置D吸收二氧化碳的質量=53.18g-51.20g=1.98g；
設參加反應碳酸鈉的質量為y
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                    44
y                    1.98g
$\frac{106}{y}$=$\frac{44}{1.98g}$
解之得 y=4.77g
樣品中Na₂CO₃的質量分數為：$\frac{4.77g}{5.3g}$×100%=90%．
故答案為：（1）用除去二氧化碳的空氣趕走體系中的二氧化碳，用除去二氧化碳的空氣將反應產生的二氧化碳全部趕入D中；
（2）45.8，90%．

點評 在計算長頸漏斗內所加稀硫酸的量時要特別注意：確保實驗順利完成，必須保證稀硫酸的量足量，因此必須假設所取樣品為純凈的碳酸鈉來計算完全反應所需要稀硫酸的量．