Question

20．為測定NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的質量分數，甲同學擬采用圖（1）所示裝置來測定．乙同學擬采用圖（2）所示裝置來測定．請回答下列問題：
（1）甲同學用圖（1）裝置來測定，在沒有放樣品前，檢查該裝置氣密性的方法之一是從酸式滴定管向燒瓶中加入一定量的水，觀察到注射器增大的體積與加入水的體積相等現象，證明此裝量不漏氣．實驗時稱得樣品的質量為mg，酸式滴定管的起始讀數為amL，終了讀數為bmL，注射器測定排出的氣體為c mL（已折算成標準狀況），該樣品中Na₂C0₃的質量分數為（用含a、b、c、m的代數式表示）$\frac{53（c-b+a）}{11200m}$．
（2）本實驗選用稀H₂S0₄而未選用稀鹽酸的原因是稀硫酸不易揮發，稀鹽酸易揮發出氯化氫氣體，產生誤差．
（3）乙同學觀察了甲同學的實驗后很受啟發，并發現自己的圖（2）原實驗設計方案會造成誤差．其原因之一可能是C0₂在水中溶解度較大，引起測量氣體體積減小．丙同學經思考后．建議乙同學將圖（2）中某部分稍作改進，就可避免此種誤差，寫出你的改進方案將水換成飽和NaHCO₃溶液，或在貯水瓶中的水面上加一層植物油都可防止CO₂溶于水．
（4）丁同學提出將圖（2）裝置中量氣裝置去掉，只用反應裝置和天平也能較準確地測出樣品中Na₂C0₃的質量分數，請你分析丁同學方案中，除了測定樣品的質量，還需測定的另兩個數據是反應前裝有藥品的整個裝置的質量、反應后整個裝置的質量．
（5）還可以用其他實驗方法測定試樣中純堿的質量分數，請簡述一種與上述各方法不同的實驗方法稱量一定質量的樣品配成溶液，加入足量的BaCl₂溶液后得到沉淀，將沉淀進行過濾、洗滌、干燥、冷卻、稱量．由沉淀（BaCO₃）質量計算出Na₂CO₃的質量，最后計算出Na₂CO₃的質量分數．

Answer 1

分析 （1）根據在密封條件容器中氣體體積不變判斷；碳酸鈉與硫酸反應產生的二氧化碳的體積為（c-b+a）mL，根據二氧化碳的體積可計算出碳酸鈉的質量，進而確定樣品中Na₂C0₃的質量分數；
（2）稀硫酸不易揮發，稀鹽酸易揮發出，揮發出來的氯化氫對實驗有影響；
（3）根據減少二氧化碳的溶解判斷，例如可以用飽和碳酸氫鈉溶液，或水面上加一層植物油等；
（4）根據反應前后整個裝置的質量差可知產生的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算出碳酸鈉的質量，進而確定樣品中Na₂C0₃的質量分數；
（5）測定NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的質量分數，可以用氯化鋇或氯化鈣將碳酸根離子沉淀，根據沉淀的質量可計算出碳酸鈉的質量，進而確定樣品中Na₂C0₃的質量分數．

解答 解：（1）根據在密封條件容器中氣體體積不變判斷可知，當注射器增大的體積與加入水的體積相等時，則可以說明此裝量不漏氣，碳酸鈉與硫酸反應產生的二氧化碳的體積為（c-b+a）mL，則二氧化碳的物質的量為$\frac{（c-b+a）×10{\;}^{-3}}{22.4}$mol，根據碳元素守恒可知，樣品中Na₂C0₃的質量為$\frac{（c-b+a）×10{\;}^{-3}}{22.4}$mol×106g/mol=$\frac{106（c-b+a）×10{\;}^{-3}}{22.4}$g，所以Na₂C0₃的質量分數為$\frac{\frac{106（c-b+a）×10{\;}^{-3}}{22.4}}{m}$=$\frac{53（c-b+a）}{11200m}$，
故答案為：注射器增大的體積與加入水的體積相等；$\frac{53（c-b+a）}{11200m}$；
（2）稀硫酸不易揮發，稀鹽酸易揮發出，揮發出來的氯化氫對實驗有影響，所以不能用稀鹽酸而要用稀硫酸，
故答案為：稀硫酸不易揮發，稀鹽酸易揮發出氯化氫氣體，產生誤差；
（3）減少二氧化碳的溶解就在就可減小誤差，所以可以用飽和碳酸氫鈉溶液，或水面上加一層植物油等，
故答案為：將水換成飽和NaHCO₃溶液，或在貯水瓶中的水面上加一層植物油都可防止CO₂溶于水；
（4）根據反應前后整個裝置的質量差可知產生的二氧化碳的質量，根據二氧化碳的質量再計算出碳酸鈉的質量，進而確定樣品中Na₂C0₃的質量分數，所以除了測定樣品的質量，還需測定的另兩個數據是反應前裝有藥品的整個裝置的質量，反應后整個裝置的質量，
故答案為：反應前裝有藥品的整個裝置的質量；反應后整個裝置的質量；
（5）測定NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的質量分數，可以用氯化鋇或氯化鈣將碳酸根離子沉淀，根據沉淀的質量可計算出碳酸鈉的質量，進而確定樣品中Na₂C0₃的質量分數，所以實驗方法為稱量一定質量的樣品配成溶液，加入足量的BaCl₂溶液后得到沉淀，將沉淀進行過濾、洗滌、干燥、冷卻、稱量．由沉淀（BaCO₃）質量計算出Na₂CO₃的質量，最后計算出Na₂CO₃的質量分數，
故答案為：稱量一定質量的樣品配成溶液，加入足量的BaCl₂溶液后得到沉淀，將沉淀進行過濾、洗滌、干燥、冷卻、稱量．由沉淀（BaCO₃）質量計算出Na₂CO₃的質量，最后計算出Na₂CO₃的質量分數．

點評 本題以NaOH、Na₂C0₃混合物中Na₂C0₃的質量分數的測定載體，考查了實驗方案的設計、質量分數的計算等知識，內容較多，難度中等．