Question

10．某化學課外活動小組欲制取純堿Na₂CO₃溶液并討論實驗過程中的相關問題．可供選擇的試劑有：A大理石；B鹽酸；C氫氧化鈉溶液；D澄清石灰水．
三名同學設計的制備方案的反應流程分別如下：
甲：NaOH溶液$\stackrel{CO_{2}}{→}$Na₂CO₃溶液
乙：NaOH溶液$→_{①}^{CO_{2}}$NaHCO₃溶液$→_{②}^{加熱蒸干灼燒}$Na₂CO₃固體$\stackrel{H_{2}O}{→}$Na₂CO₃溶液
丙：NaOH溶液$→_{③}^{CO_{2}}$NaHCO₃溶液$→_{④}^{NaOH溶液}$Na₂CO₃溶液
（1）請指出甲、乙兩方案的主要缺點：
甲方案CO₂的通入量不易控制；
乙方案過程繁瑣，操作復雜；
（2）若采用丙方案制取純Na₂CO₃溶液，其實驗的關鍵有反應③應充分進行，③步驟后將NaHCO₃溶液煮沸排除過量CO₂，反應③④所用NaOH溶液的體積應相等；
（3）假設反應②所得的Na₂CO₃固體中混有未分解的NaHCO₃．乙同學選擇澄清石灰水測定其中NaHCO₃的質量分數，乙同學能否達到實驗目的？能（填“能”或“不能”）若能，請說明其計算所需的數據；若不能，請簡要說明理由固體樣品的質量和沉淀總質量．

Answer 1

分析 （1）方案甲中反應生成的碳酸鈉是易溶于水的物質，無法判斷反應的終點，不易控制二氧化碳的用量，方案乙能夠實現制取碳酸鈉溶液，但是整個實驗過程比較復雜；
（2）控制二氧化碳的用量與氫氧化鈉充分反應生成碳酸氫鈉，過量的二氧化碳要加熱碳酸氫鈉溶液除去，且碳酸氫鈉與④中氫氧化鈉恰好反應，則③④所用氫氧化鈉的量應該相同；
（3）相同質量的碳酸鈉和碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物與氫氧化鈣反應生成的碳酸鈣沉淀的質量不同，所以可以使用石灰水測定其中NaHCO₃的質量分數．

解答 解：（1）方案甲中氫氧化鈉能與二氧化碳反應生成碳酸鈉，二者反應生成的碳酸鈉是易溶于水的物質，無法判斷反應的終點，不易控制二氧化碳的用量，方案乙能夠實現制取碳酸鈉溶液，但是整個實驗過程繁瑣，操作復雜，
故答案為：CO₂的通入量不易控制；過程繁瑣，操作復雜；
（2）采用丙制取碳酸鈉溶液，為保證實驗結果的準確性，③中要注意控制二氧化碳的用量與氫氧化鈉充分反應生成碳酸氫鈉，過量的二氧化碳要加熱碳酸氫鈉溶液除去，且③④所用氫氧化鈉的量應該相同，則反應③與④所用NaOH溶液的體積應相等，
故答案為：反應③應充分進行，③步驟后將NaHCO₃溶液煮沸排除過量CO₂，反應③④所用NaOH溶液的體積應相等；
（3）相同質量的碳酸鈉和碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物與氫氧化鈣反應生成的碳酸鈣沉淀的質量不同，所以可以使用石灰水測定其中NaHCO₃的質量分數，若知道固體樣品的質量m，沉淀的總質量n，通過列方程可以計算碳酸鈉、碳酸氫鈉的質量，進而計算碳酸氫鈉的質量分數，
故答案為：能；固體樣品的質量和沉淀總質量．

點評 本題考查實驗制備方案，涉及對原理的分析評價、物質含量的測定等，本題的關鍵是得到純凈的Na₂CO₃溶液，注意理解化學實驗設計中“科學性、安全性、可行性、簡約性”原則，題目難度中等．