Question

10．某學習小組利用下列裝置進行進行CO₂與飽和Na₂CO₃溶液反應制備NaHCO₃實驗．

（1）選取必要的實驗裝置，正確的連接順序為③①②（填序號）．
（2）為確定制得的固體樣品是純凈的NaHCO₃ 小組同學提出下列實驗方案：
甲方案：將樣品溶液與飽和澄清石灰水反應，觀察現象．
乙方案：將樣品溶液與BaCl₂觀察現象．
丙方案：測定pH法
丁方案：熱重分析法
①判定甲方案不可行（填“可行”或“不可行”）；
②為判斷乙方案的可行性，某同學用分析純的NaHCO₃配制的溶液，與BaCl₂溶液等體積混合進行實驗，結果如下．

 （i）此實驗巳可說明乙方案是不可行的．請結合以下數據，并通過計算說明產生渾濁的原因．答：Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9．[已知：0.1 mol•L^-1 NaHC0₃溶液電離出的c（CO₃^2-）為0.0011 mol•L^-1，K_sp（BaCO₃）=5.1×10^-9]
（ⅱ）產生渾濁的離子方程式為Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O．
③使用pH計進行測定的丙方案是取等質量的固體樣品和分析純NaHC0₃樣品分別溶解于等量的水中，分別用pH計測pH．
④進行丁方案實驗，測得樣品在不同升溫速率下的熱重曲線如右圖．請填空：
（i）樣品的純度為100%．
（ⅱ）升溫速率對實驗結果沒有（填“有較大”、“有較小”或“沒有”）影響．

Answer 1

分析 （1）鹽酸與碳酸鈣反應生成二氧化碳氣體和氯化鈣，其中鹽酸易揮發，據此選擇儀器；
（2）①飽和澄清石灰水與碳酸鈉和碳酸氫鈉均能反應生成碳酸鈣沉淀，據此解答；
②計算此時溶液中鋇離子濃度與碳酸根濃度的乘積與該溫度下碳酸鋇的溶度積常數比較即可；
③取用實驗室中分析純與樣品進行pH的測算比較即可；
④發生2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，由圖中所給數據可知剩余固體為6.3g，計算固體質量減少量，依據圖象可知溫度升高對剩余固體的質量無影響．

解答 解：（1）③為發生裝置，鹽酸與碳酸鈣反應生成二氧化碳氣體和氯化鈣，其中鹽酸易揮發，故應先選取碳酸氫鈉除去混合氣體中的HCl，故儀器連接順序為：③①②，故答案為：③①②；
（2）①飽和澄清石灰水與碳酸鈉和碳酸氫鈉均能反應生成碳酸鈣沉淀，故甲方案不可行，故答案為：不可行；
②（i）兩種溶液等體積混合后，溶液中鋇離子濃度=$\frac{0.2mol/L}{2}$=0.1mol/L，0.1 mol•L^-1 NaHC0₃溶液電離出的c（CO₃^2-）為0.0011 mol•L^-1，故Q=Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9，故會產生沉淀，故答案為：Q=c（Ba²⁺）×c（CO₃^2-）=$\frac{0.2}{2}$×0.0011=1.1×10^-4＞5.1×10^-9；
（ii）鋇離子與碳酸氫鈉電離出的碳酸根結合生成碳酸鋇沉淀，從而促進了碳酸氫根的電離，使其向生成碳酸根和氫離子的方向移動，故離子反應方程式為：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O，故答案為：Ba²⁺+2HCO₃^-=BaCO₃↓+CO₂↑+H₂O；
③丙方案為測定pH法，由于碳酸氫鈉屬于強堿弱酸鹽，故利用準確度較高的pH計進行樣品的pH值，然后測量分析純NaHC0₃的pH值，最后比較即可，故答案為：取等質量的固體樣品和分析純NaHC0₃樣品分別溶解于等量的水中，分別用pH計測pH；
④（i）碳酸氫鈉不穩定，加熱易分解，方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，即
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
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10g        x，解x=6.30g，
即理論上碳酸氫鈉每有10g分解應生成6.3g固體，故由圖可知10g樣品分解恰好生成固體為6.3g，故此樣品純度為：$\frac{6.3g}{6.3g}$×100%=100%，故答案為：100%；
（ii）由圖可知，溫度升高，不影響固體物質的產量，升溫速率對實驗結果沒有影響，故答案為：沒有．

點評 本題綜合考查的是物質的制備方案的設計，混合物的測定，涉及知識點較多，難度較大，熟練掌握碳酸氫鈉的性質以及其熱分解原理是解決本題的關鍵．