Question

某研究性學習小組設計了測定純堿（Na₂CO₃）樣品（只含NaCl雜質）中Na₂CO₃質量分數的實驗方案．請回答下列問題：
小資料：堿石灰的主要成分是氫氧化鈉和氧化鈣的混合物
（1）氣體法。        
【原理思路】利用Na₂CO₃與稀硫酸反應產生CO₂，通過測量丙裝置實驗前后的質量得出CO₂質量，從而計算碳酸鈉的質量分數。（不考慮原裝置內空氣的影響）
【實驗分析】小科同學根據以上思路，設計了如圖1的實驗裝置。

圖1
①實驗裝置乙中盛放的試劑為　            　，
其作用是                                   ；
裝置丁中堿石灰的作用是　       。（填字母）
A．吸收Na₂CO₃與稀硫酸反應產生CO₂ 
B．防止外界空氣中二氧化碳進入丙中
C．干燥二氧化碳
②實驗中如果滴加稀硫酸的速度過快，會導致測得樣品中碳酸鈉的
質量分數　    　（填寫“偏高”“偏低”或“不變”）．
③小明同學認為小科的方案存在問題，即使操作規范下也會造成結果偏低，你
認為他的理由是                               ，應該將裝置甲中雙孔橡
膠塞換成三孔橡膠塞，并增加圖2裝置，實驗結束后緩緩通入一段時間空氣，
目的是                   ，其中NaOH溶液的作用是                  。

圖2
（2）沉淀法．
【實驗原理】利用碳酸根離子與鈣離子結合生成沉淀，通過沉淀的質量而得出碳酸鈉的質量分數。
【實驗步驟】①用托盤天平稱取樣品11．0g放入燒杯中，加水使其完全溶解；
②加入過量的CaCl₂溶液充分反應。證明CaCl₂過量（即Na₂CO₃已完全反應）的方法是: 靜置，向上層清液中滴加           溶液，如果沒有白色沉淀生成，證明CaCl₂過量；
③過濾、操作X、干燥、稱量沉淀的質量為10．0g，操作X的名稱是       ，如果缺少此操作會造成碳酸鈉質量分數          （填寫“偏高”“偏低”或“不變”）。  
④通過以上提供的數據計算出樣品中碳酸鈉的質量分數為　       。（寫出計算過程，結果保留至0．1%，共3分）

Answer 1

（1）①濃硫酸（或濃H₂SO₄）       吸收水蒸氣（或干燥CO₂）      B
②偏低        ③有CO₂殘留在燒瓶內      將殘留的CO₂全部鼓入到并裝置中，使其完全被氫氧化鈉溶液吸收       吸收空氣中的CO₂
（2）②CaCl₂      ③  洗滌    偏高    ④  96．4%

試題分析：（1）因為是通過測量丙裝置實驗前后的質量得出CO₂質量，所以二氧化碳的質量必須非常準確，所以得保證進入到裝置丙中是純凈的二氧化碳，所以①實驗裝置乙中盛放的試劑為：濃硫酸（或濃H₂SO₄），作用是：吸收水蒸氣（或干燥CO₂），裝置丁中堿石灰的作用是：防止外界空氣中二氧化碳進入丙中，故選B，②實驗中如果滴加稀硫酸的速度過快，產生的二氧化碳來不及反應，就排出了裝置丙外，使得二氧化碳的質量偏小，自然會導致測得樣品中碳酸鈉的質量分數偏低；③小明同學認為小科的方案存在問題，即使操作規范下也會造成結果偏低，他的理由是：有CO₂殘留在燒瓶內，應該將裝置甲中雙孔橡膠塞換成三孔橡膠塞，并增加圖2裝置，實驗結束后緩緩通入一段時間空氣，目的是：將殘留的CO₂全部鼓入到并裝置中，使其完全被氫氧化鈉溶液吸收，其中NaOH溶液的作用是：吸收空氣中的CO₂，防止使二氧化碳的質量偏大
（2）②加入過量的CaCl₂溶液充分反應。證明CaCl₂過量（即Na₂CO₃已完全反應）的方法是: 靜置，向上層清液中滴加CaCl₂溶液，如果沒有白色沉淀生成，證明CaCl₂過量；③過濾、操作X、干燥、稱量沉淀的質量為10．0g，操作X的名稱是洗滌，防止沉淀上粘有NaCl，如果缺少此操作會造成碳酸鈉質量偏大，質量分數偏高；④發生反應的方程式為：CaCl₂+Na₂CO₃==CaCO₃↓+2NaCl，沉淀的質量為10．0g，即碳酸鈣的質量，根據方程式中Na₂CO₃與碳酸鈣的質量關系，即可求出Na₂CO₃的質量，進一步算出樣品中碳酸鈉的質量分數
解：設樣品中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+CaCl₂CaCO₃↓+2Na Cl      
106            100
x             10．0g
=
x=10．6g                    
∴碳酸鈉的質量分數：×100%=96．4%