Question

19．氫氧化鈉固體及溶液在空氣中很容易發生變質生成碳酸鈉．
（1）甲同學在實驗室里發現一瓶敞口放置的氫氧化鈉溶液，對其變質情況進行了如下探究．
【猜想與假設】該氫氧化鈉溶液已部分變質．
【實驗與結論】

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
a．取少量該溶液于一支試管中，加入足量的氯化鈣溶液	有白色沉淀生成	該氫氧化鈉溶液已變質
b．將步驟a所得的液體過濾，取濾液于另一支試管中，滴加無色酚酞試液	酚酞試液變紅	該氫氧化鈉溶液已部分變質

【拓展探究】甲同學又嘗試通過實驗除去該氫氧化鈉溶液中含有的碳酸鈉，方案如下：
向該溶液中加入氫氧化鈣，反應后，經過濾操作，即可除去該氫氧化鈉溶液中含有的雜質，寫出該反應的化學方程式Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH．
（2）乙同學在實驗室里發現少量部分變質的氫氧化鈉固體，嘗試通過實驗測定其中碳酸鈉的質量分數．
【設計和進行實驗】乙同學設計了如圖所示的實驗裝置（鐵架臺、鐵夾等固定用裝置已略去，堿石灰是固體氫氧化鈉和生石灰的混合物），取10.0g待測樣品，進行實驗．

實驗步驟如下：a．連接好裝置，并檢查氣密性；b．打開彈簧夾，緩緩通入一段時間空氣；c．稱量裝置D的質量為83.4g；d．關閉彈簧夾，慢慢滴加Y溶液，至不再產生氣泡為止；e．打開彈簧夾，再次緩緩通入一段時間空氣；f．再次稱量裝置D的質量為84.5g．
【交流討論】
①試劑X、Y、Z依次最適宜選用C（選填字母）．
A．氫氧化鈉溶液濃鹽酸濃硫酸B．澄清石灰水稀鹽酸稀硫酸
C．氫氧化鈉溶液稀硫酸濃硫酸D．濃硫酸稀硫酸氫氧化鈉溶液
②步驟e中通入空氣的作用是將B中產生的二氧化碳全部趕到D裝置中．
③若沒有裝置C，則會導致測定結果偏大（選填“偏大”、“偏小”或“無影響”，下同）；若沒有裝置E，則會導致測定結果偏大．
【數據處理】根據實驗中測得的有關數據，計算部分變質的氫氧化鈉固體中碳酸鈉的質量分數26.5%．

Answer 1

分析 （1）【實驗與結論】主要看物質中是否含有碳酸鈉，即測定碳酸根的存在，所以用鈣離子來驗證碳酸根的存在，并除去碳酸根離子，再利用酚酞試液測定氫氧根離子的存在即可；【拓展與探究】除雜質要根據加入的試劑只能與雜質反應，不能引入新的雜質考慮．
（2）①本題主要是根據D裝置中質量的增加量，就是生成的二氧化碳的質量，所以一開始要除去空氣中二氧化碳，通過加入的試劑與碳酸鈉反應生成二氧化碳，反應后還需除去二氧化碳中的水蒸氣，最后將二氧化碳吸收；②主要考慮反應完成后B中會存有很多的二氧化碳；③沒有C就會把水蒸氣誤認為是二氧化碳進行分析．

解答 解：（1）【實驗與結論】根據實驗結論：該氫氧化鈉溶液已變質，說明其中含有碳酸鈉，所以要檢驗是否含有碳酸根即可，又因為第二步中需要檢驗是否含有氫氧根，而碳酸鈉也顯堿性，所以第一步加入的試劑不僅要驗證出有碳酸根離子，還需要除去碳酸根離子，所以加入試劑氯化鈣即可，因為氯化鈣顯中性，與碳酸鈉反應生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，氯化鈉也顯中性，所以加入氯化鈣，如果有白色沉淀生成，說明有碳酸鈉存在，即已經變質；將步驟a所得的液體靜置，取上層清液于另一支試管中，滴加酚酞試液，如果變紅，說明溶液顯堿性，即含有氫氧化鈉，說明部分變質；
【拓展探究】除去碳酸鈉主要是除去其中的碳酸根離子，可以用鈣離子把碳酸根離子沉淀出來，又因為不能引入新的雜質，所以加入氫氧化鈣就行，然后通過過濾將碳酸鈣沉淀過濾出來；反應的化學方程式是Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH．
（2）①A中試劑的作用主要是除去空氣中的二氧化碳，所以用氫氧化鈉溶液即可，B中加入的試劑主要是與碳酸鈉反應生成二氧化碳，所以加入酸，不能是濃鹽酸，可以是稀硫酸或稀鹽酸；C中作用是除去混在二氧化碳中的水蒸氣，所以用濃硫酸即可；
②由于反應結束后，B裝置中會含有很多二氧化碳，所以通過通入空氣將B裝置中的二氧化碳排到D裝置中；
③若沒有裝置C，會把水蒸氣誤認為是二氧化碳，導致二氧化碳質量偏多，通過計算得到的碳酸鈉質量偏大，所以結果偏大；沒有E裝置，會吸收空氣中的二氧化碳和水，導致測得的二氧化碳的質量偏大，從而計算出的碳酸鈉的質量偏大，所以本題答案為：偏大，偏大，
【數據處理】生成二氧化碳的質量=84.5g-83.4g=1.1g
設部分變質的氫氧化鈉固體中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                                          44
x                                              1.1g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{1.1g}$
x=2.65g
部分變質的氫氧化鈉固體中碳酸鈉的質量分數：$\frac{2.65g}{10.0g}$×100%=26.5%
故答案為：（1）【實驗與結論】

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
a．取少量該溶液于一支試管中，加入足量的氯化鈣溶液	有白色沉淀生成	該氫氧化鈉溶液已變質
b．將步驟a所得的液體靜置，取上層清液于另一支試管中，滴加 無色酚酞試液	酚酞試液變紅	該氫氧化鈉溶液已部分變質

【拓展探究】氫氧化鈣；Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH；
（2）①C；②將B中產生的二氧化碳全部趕到D裝置中；③偏大．
【數據處理】26.5%．

點評 解答本題的關鍵是在驗證變質的氫氧化鈉中是否含有氫氧化鈉時，不能直接用酚酞試液，因為碳酸鈉也顯堿性，應該先把碳酸鈉檢驗并除去后再加入酚酞試液；除雜質時加入的試劑只能與雜質反應，不能引入新的雜質；要理解該裝置圖中每一步的用途．