Question

6．某研究性學習小組為測定某Na₂CO₃樣品的純度（其中只含NaHCO₃雜質），選用如圖所示的儀器裝置進行實驗（②裝置未畫全）．試回答有關問題：

實驗一：測定Na₂CO₃樣品中NaHCO₃分解放出CO₂體積：連接裝置的正確順序是⑦①③④⑤⑥
（1）寫出加熱時發生反應的化學方程式2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）完成該實驗尚缺的儀器是酒精燈（填名稱）；產生氣體從裝置④的d進入，從裝置⑤的b進入（填接口序號）．
實驗二：測定上述實驗完成后剩余固體與鹽酸反應產生CO₂的體積．
（3）應將實驗一的裝置作哪些調整？將①裝置換成②裝置．
（4）當實驗一加熱至樣品不再產生氣體時，產生CO₂體積為a L（已換算成標況下的體積，下同），則樣品中NaHCO₃的質量為7.5；實驗二在加入鹽酸至無氣體產生時，生成CO₂體積為bL，則Na₂CO₃樣品的純度為$\frac{106（b-a）}{106b+62a}$×100%．
誤差分析：
（5）有同學建議將⑤中的水改用飽和的NaHCO₃溶液，可以使測定結果更準確，請用平衡移動觀點解釋：因為CO₂與水反應，CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，NaHCO₃電離產生的HCO₃^-能使上述平衡逆移，減少了CO₂的損失，同學為何沒建議改用Na₂CO₃飽和溶液？請用離子方程式說明原因：CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-．
（6）有同學發現在實驗一讀取CO₂體積時，⑥中液體的液面低于⑤中液體的液面，但未做任何處理，則a值偏小（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析 測定Na₂CO₃樣品中的NaHCO₃分解放出的二氧化碳的體積，可將固體混合物放入試管中加熱，生成的二氧化碳氣體用排水法測量體積；
（1）某Na₂CO₃樣品的純度（其中只含NaHCO₃雜質），加熱碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、二氧化碳和水；
（2）實驗裝置中需要酒精燈加熱；氣體流向在裝置④中應從d進c出，裝置⑤是排水量氣需要短進長出，b進a出；
（3）測定Na₂CO₃樣品中的NaHCO₃分解放出的二氧化碳的體積，可將固體混合物放入試管中加熱，生成的二氧化碳氣體用排水法測量體積；測定經實驗一后的固體物質與鹽酸反應放出二氧化碳的體積，應將固體放入試管中，將鹽酸放入分液漏斗中，然后用排水法測量氣體的體積；
（4）當實驗一測得產生的二氧化碳為a L，當實驗二測得產生的二氧化碳為bL，反應的相關方程式為，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O，結合反應的方程式計算；
（5）二氧化碳與水反應生成弱電解質碳酸，碳酸能夠部分電離出碳酸氫根離子，加入的碳酸氫鈉能夠抑制碳酸的電離，則減小了二氧化碳的損失；二氧化碳和碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉；
（6）⑥中液體的液面低于⑤中液體的液面，壓強不平衡，待液面平衡后讀取．

解答 解：（1）某Na₂CO₃樣品的純度（其中只含NaHCO₃雜質），加熱碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、二氧化碳和水，反應的化學方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）反應應在加熱條件下進行，實驗中缺少酒精燈，實驗裝置中需要酒精燈加熱；氣體流向在裝置④中應從d進c出，裝置⑤是用排水法測量氣體的體積時需要短進長出，b進a出，
故答案為：酒精燈；d；b；
（3）測定經實驗一后的固體物質與鹽酸反應放出二氧化碳的體積，應將固體放入試管中，將鹽酸放入分液漏斗中，然后用排水法測量氣體的體積，應將實驗一連接裝置的順序調整為將①裝置換成②裝置，
故答案為；將①裝置換成②裝置；
（4）當實驗一測得產生的二氧化碳為a L，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
  2        1     1
  n     $\frac{a}{22.4}$mol  $\frac{a}{22.4}$mol
則：n=$\frac{a}{11.2}$mol，
則樣品中NaHCO₃的質量為：$\frac{a}{11.2}$mol×84g/mol=7.5ag；
當實驗二測得產生的二氧化碳為b L，二氧化碳的物質的量為：$\frac{b}{22.4}$mol，
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O，
根據分析可知，原混合物中碳酸氫鈉分解后生成的碳酸鈉的物質的量為 $\frac{a}{22.4}$mol，
設原混合物中含有xmolNa₂CO₃，
則：$\frac{a}{22.4}$+x=$\frac{b}{22.4}$，
整理可得：y=$\frac{b}{22.4}$-$\frac{a}{22.4}$，
則樣品中碳酸鈉的質量為：106（$\frac{b}{22.4}$-$\frac{a}{22.4}$）g，NaHCO₃的質量為：84g/mol×$\frac{a}{11.2}$mol=7.5ag，
則樣品中碳酸鈉純度的實驗值為=$\frac{106（\frac{b}{22.4}-\frac{a}{22.4}）g}{106（\frac{b}{22.4}-\frac{a}{22.4}）g+7.5ag}$×100%=$\frac{106（b-a）}{106b+62a}$×100%，
故答案為：7.5ag；$\frac{106（b-a）}{106b+62a}$×100%；
（5）由于CO₂與水反應生成碳酸，碳酸能夠電離出碳酸氫根離子和氫離子：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，而NaHCO₃電離產生的HCO₃^-能使上述平衡向著逆向移動，減少了CO₂的損失；
不能將⑤中的水改用Na₂CO₃飽和溶液是因為二氧化碳和碳酸鈉溶液反應生成碳酸氫鈉，反應的離子方程式為：CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-，
故答案為：因為CO₂與水反應，CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，NaHCO₃電離產生的HCO₃^-能使上述平衡逆移，減少了CO₂的損失；CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
（6）實驗一讀取CO₂體積時，⑥中液體的液面低于⑤中液體的液面，但未做任何處理，壓強不平衡，待液面平衡后讀取，此時讀取a值偏小，故答案為：偏小．

點評 本題考查物質的含量測定，為高考常見題型，題目難度較大，明確實驗目的為解答關鍵，試題側重于學生的分析能力、實驗能力和計算能力的考查，注意把握實驗的原理和實驗裝置的連接順序．