Question

10．某校課外小組為測定某碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物中碳酸鈉的質量分數，甲、乙兩組同學分別進行了下列相關實驗．
方案Ⅰ．甲組同學用質量法，按如圖1所示的實驗流程進行實驗：

（1）實驗時，蒸發結晶操作中，除了酒精燈外，還要用到的儀器是蒸發皿、玻璃棒
（2）有同學認為“加入適量鹽酸”不好操控，應改為“過量鹽酸”，便于操作且不影響測定的準確性，你認為對或錯對，為什么因鹽酸易揮發，過量的鹽酸在加熱過程中揮發不殘留，不影響結果．
（3）若實驗中測得樣品質量為46.4g，固體質量為40.95g，則碳酸鈉的質量分數為45.7%．（保留3位有效數字）
（4）蒸發結晶過程中若有固體飛濺，測得碳酸鈉的質量分數偏小（填偏大 偏小 無影響）．
方案Ⅱ：乙組同學的主要實驗流程圖如圖2：

按如圖3所示裝置進行實驗：

（5）在C中裝堿石灰來吸收凈化后的氣體．D裝置的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保前一個干燥管中質量增加量的準確性．
（6）有的同學認為為了減少實驗誤差，在反應前后都通入N₂，反應后通入N₂的目的是將B、C裝置中殘留CO₂全部驅入D裝置的堿石灰中，減小實驗誤差．
方案Ⅲ：氣體分析法
（7）把一定量樣品與足量稀硫酸反應后，用如圖4裝置測量產生CO₂氣體的體積，B溶液最好采用b（以下選項中選擇）使測量誤差較�。�
a．飽和碳酸鈉溶液　     b．飽和碳酸氫鈉溶液
c．飽和氫氧化鈉溶液　 　d．飽和硫酸銅溶液．

Answer 1

分析 方案Ⅰ、樣品溶液后加入鹽酸，碳酸鈉和鹽酸反應生成氯化鈉溶液，碳酸氫鈉與鹽酸反應生成氯化鈉溶液，蒸發結晶，稱量固體質量，依據鈉元素守恒進而求得碳酸鈉的質量分數．
（1）蒸發結晶操作中，需要蒸發皿、酒精燈、玻璃棒等；
（2）根據測定方法分析，利用的是樣品質量和反應后所得氯化鈉的質量計算，過濾鹽酸再蒸發濃縮時揮發，對測定結果無影響；
（3）若實驗中測得樣品質量為46.4g，固體質量為40.95g為氯化鈉，根據鈉元素守恒計算進而計算質量分數；
（4）蒸發結晶過程中若有固體飛濺，氯化鈉質量減少，測定碳酸鈉質量分數減小；
方案Ⅱ、稱取一定量樣品裝入廣口瓶中，打并止水夾，緩慢鼓入空氣數分鐘用來趕凈裝置中的空氣，關閉止水夾，在干燥管內填滿堿石灰，稱量，緩慢加入稀硫酸至不再產生氣體為止，打開止水夾，緩慢鼓入空氣數分鐘，把生成的二氧化碳全部趕到堿石灰干燥管中全部吸收，再稱量干燥管質量，通過堿石灰的增重求得二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量和樣品質量求得碳酸鈉的物質的量，進而求得質量分數．
（5）在C中裝堿石灰來吸收凈化后的氣體，測定生成氣體質量，該方案關鍵是要獲得產生的CO₂的質量，故應保證產生的二氧化碳完全被吸收，而空氣中二氧化碳不能被吸收，裝置D是防止空氣中的氣體進入裝置C；
（6）所以反應前后都要通入N₂，反應后通入N₂的目的是：排盡裝置內的空氣，將生成的二氧化碳從容器內排出，被C裝置中堿石灰吸收；
方案Ⅲ：氣體分析法
（7）所選液體不溶解二氧化碳．

解答 解：（1）蒸發結晶操作中，需要蒸發皿、酒精燈、玻璃棒等，故答案為：蒸發皿、玻璃棒；
（2）利用的是樣品質量和反應后所得氯化鈉的質量計算，過濾鹽酸再蒸發濃縮時揮發，對測定結果無影響，改為“過量鹽酸”，便于操作且不影響測定的準確性，因鹽酸易揮發，過量的鹽酸在加熱過程中揮發不殘留，不影響結果；
故答案為：因鹽酸易揮發，過量的鹽酸在加熱過程中揮發不殘留，不影響結果；
（3）若實驗中測得樣品質量為46.4g，固體質量為40.95g，設碳酸鈉物質的量為x，碳酸氫鈉物質的量為Y，
106x+84y=46.4
2x+y=$\frac{40.95}{58.5}$
x=0.2mol
y=0.3mol
碳酸鈉的質量分數為$\frac{0.2mol×106g/mol}{46.4g}$×100%=45.7%，
故答案為：45.7%；
（4）蒸發結晶過程中若有固體飛濺，氯化鈉質量減少，測定碳酸鈉質量分數減小，故答案為：偏�。�
Ⅱ、（5）空氣中的水蒸氣和二氧化碳會被堿石灰吸收，故D的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保前一個干燥管中質量增加量的準確性；
故答案為：吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保前一個干燥管中質量增加量的準確性；
（6）該方案關鍵是要獲得產生的CO₂的質量，實驗前容器內含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會影響生成的二氧化碳的量，反應后裝置中容器內含有二氧化碳，不能被C中堿石灰完全吸收，導致測定結果有較大誤差，所以反應前后都要通入N₂，反應后通入N₂的目的是：將生成的二氧化碳從容器內排出，被C裝置中堿石灰吸收．
故答案為：將B、C裝置中殘留CO₂全部驅入D裝置的堿石灰中，減小實驗誤差．
方案Ⅲ：氣體分析法
（7）利用測定反應生成的二氧化碳氣體體積的方法測定，在碳酸氫鈉溶液中二氧化碳不反應，溶解度減小，利用裝置圖排飽和碳酸氫鈉溶液測定二氧化碳氣體的體積，二氧化碳和碳酸鈉、氫氧化鈉都反應，在硫酸銅溶液中也溶解，
故答案為：b．

點評 本題考查了物質性質的探究和組成分析判斷，主要是實驗過程的分析，掌握基本操作和測定原理是解題關鍵，題目難度中等．