Question

13．化學興趣小組設計以下實驗方案，測定某已部分變質的小蘇打樣品中Na₂CO₃的質量分數．
方案一 稱取一定質量的固體樣品，通過加熱至恒重后冷卻，稱量剩余固體質量，計算．
（1）圖1儀器中，在灼燒固體樣品時必須用到的是坩堝、泥三角（填名稱）．

（2）實驗中需加熱至恒重的目的是：保證NaHCO₃分解完全．
（3）若加熱過程中有晶體迸濺出來，則測得的結果偏小（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
方案二 按如圖2所示裝置進行實驗：
（1）B裝置內所盛試劑是濃H₂SO₄；D裝置的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置；分液漏斗中不能（填“能”或“不能”）用鹽酸代替稀硫酸進行實驗．
（2）實驗前稱取17.9g樣品，實驗后測得C裝置增重8.8g，則樣品中Na₂CO₃的質量分數為29.6%．
（3）根據此實驗測得的數據，測定結果有誤差，因為實驗裝置還存在一個明顯缺陷是缺少一個驅趕殘留二氧化碳氣體的裝置．

Answer 1

分析 [方案一]碳酸氫鈉不穩定，受熱易分解，根據加熱前后固體質量變化，根據差量法求碳酸氫鈉的質量，進而求得碳酸鈉的質量分數；
（1）在灼燒固體樣品時必須在坩堝中進行，根據使用坩堝加熱使用到的儀器答題；
（2）加熱恒重保證碳酸氫鈉完全分解；
（3）若加熱過程中有晶體迸濺出來，使得剩余的固體質量偏小，據此答題；
[方案二]（1）由測定含量的實驗可知，A中發生Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，B中為濃硫酸吸收水，干燥二氧化碳，利用C裝置吸收二氧化碳，D裝置防止空氣中的二氧化碳、水進入C裝置干擾含量測定，鹽酸易揮發，對實驗產生干擾；
（2）結合反應定量關系和元素守恒計算得到物質的質量，來計算物質含量；
（3）二氧化碳氣體不能全部進入C裝置被吸收，需要添加一個吧二氧化碳氣體趕入裝置C的裝置．

解答 解：[方案一]（1）在灼燒固體樣品時必須在坩堝中進行，要用泥三角支撐，
故答案為：坩堝、泥三角；
（2）實驗原理是根據加熱前后固體質量變化來計算碳酸氫鈉，故應保證碳酸氫鈉完全分解，加熱恒重則碳酸氫鈉完全分解，
故答案為：保證NaHCO₃分解完全；
（3）若加熱過程中有晶體迸濺出來，使得剩余的固體質量偏小，即計算得碳酸氫鈉的質量偏大，所以計算得樣品中Na₂CO₃的質量分數偏小，
故答案為：偏小；
[方案二]（1）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C裝置中質量增加量的準確性；分液漏斗中如果用鹽酸代替硫酸，鹽酸易揮發，這樣制得二氧化碳氣體中含氯化氫，濃硫酸不能吸收氯化氫，則氯化氫被堿石灰吸收，導致測到二氧化碳質量偏高，等質量碳酸鈉和碳酸氫鈉，碳酸氫鈉產生二氧化碳多，則會導致碳酸氫鈉偏多，碳酸鈉偏小，
故答案為：濃H₂SO₄；防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置；不能；
（2）設NaHCO₃和Na₂CO₃的物質的量分別為x、y，則
Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、
 x               x
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑
106x+84y=17.90 
44x+44y=8.80
，解得x=0.05mol
y=0.15mol
則樣品中Na₂CO₃的質量分數為$\frac{0.05mol×106g/mol}{17.90g}$×100%=29.6%，
故答案為：29.6%；
（3）實驗裝置還存在一個明顯缺陷為裝置中的二氧化碳不能被C全部吸收，則需設計一個裝置將A、B中的CO₂全部吹入C中吸收，
故答案為：缺少一個驅趕殘留二氧化碳氣體的裝置．

點評 本題考查碳酸鈉含量的測定實驗，為高頻考點，把握實驗裝置的作用及實驗目的為解答的關鍵，側重分析、計算及實驗能力的綜合考查，題目難度中等．