Question

18．某學習小組為測定放置已久的小蘇打樣品中純堿的質量分數，設計如下實驗：
（1）方案一：稱取一定質量的樣品，置于坩堝中加熱至恒重后，冷卻，稱取剩余固體質量，計算
①完成本實驗需要不斷用玻璃棒攪拌，其目的是使固體受熱均勻，避免局部溫度過高，造成固體外濺
②實驗中加熱至恒重的目的是使NaHCO₃分解完全，并使水完全揮發．
③若實驗前所稱樣品的質量為mg，加熱至恒重時固體質量為ag，則樣品中純堿的質量分數為$\frac{84a-53m}{31m}$×100%．
（2）方案二：按如圖1所示裝置進行實驗，并回答下列問題：
①實驗前先檢查裝置的氣密性，并稱取一定質量的樣品放入A中，將稀硫酸裝入分液漏斗中．D裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，避免空氣中的二氧化碳與水蒸氣加入C中．
②實驗中除稱量樣品質量外，還需分別稱量C裝置反應前、后的質量．
③有同學認為，用E裝置替代A裝置能提高實驗準確度．你認為是否正確？理由是否，E裝置用恒壓分液漏斗，部分二氧化碳為殘留在分液漏斗上部，使C中吸收二氧化碳質量減小，造成較大的誤差
（3）方案三：稱取一定量的樣品置于錐形瓶中，加適量水，用鹽酸進行滴定，從開始至有氣體產生到氣體不再產生所滴加的鹽酸體積如圖2所示，則小蘇打樣品中純堿的質量分數為23.98%．．

Answer 1

分析 小蘇打久置會發生反應：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，該樣品成分為NaHCO₃、Na₂CO₃，測定樣品中純堿的質量分數方法有：測定二氧化碳的質量、測定碳酸鈉的質量、測定碳酸氫鈉的質量．
（1）①使用玻璃棒攪拌，避免局部溫度過高而是固體飛濺；
②加熱至恒重的目的是使NaHCO₃分解完全，并使水完全揮發；
③加熱碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉，即樣品由NaHCO₃、Na₂CO₃的混合物轉化為Na₂CO₃，根據固體質量差，利用方程式利用差量法計算樣品中碳酸氫鈉的質量，進而計算碳酸鈉計算碳酸鈉的質量分數；
（2）①利用C中堿石灰增重測定反應生成二氧化碳的質量，進而計算樣品中碳酸鈉的質量分數，由于堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，故D裝置的作用是避免空氣中的二氧化碳與水蒸氣加入C中；
②C裝置反應前后質量之差為反應生成二氧化碳的質量，根據樣品總質量、二氧化碳的質量可以計算混合物中碳酸鈉的質量；
③E裝置用恒壓分液漏斗，部分二氧化碳為殘留在分液漏斗上部，使C中吸收二氧化碳質量減小；
（4）由圖可知，開始發生反應：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃，產生二氧化碳的反應為：HCl+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+CO₂↑+H₂O，橫坐標每個刻度為50mL，令每個刻度為1molHCl，根據方程式計算碳酸鈉的物質的量，再計算樣品中碳酸氫鈉的物質的量，進而計算碳酸鈉的質量分數．

解答 解：小蘇打久置會發生反應：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，該樣品成分為NaHCO₃、Na₂CO₃，測定樣品中純堿的質量分數方法有：測定二氧化碳的質量、測定碳酸鈉的質量、測定碳酸氫鈉的質量．
（1）①使用玻璃棒攪拌，使固體受熱均勻，避免局部溫度過高，造成固體外濺，
故答案為：使固體受熱均勻，避免局部溫度過高，造成固體外濺；
②加熱至恒重的目的是使NaHCO₃分解完全，并使水完全揮發，即樣品由NaHCO₃、Na₂CO₃的混合物轉化為Na₂CO₃，
故答案為：使NaHCO₃分解完全，并使水完全揮發；
③設樣品中碳酸氫鈉的質量為x，則：
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O  質量減少
168                         62
x                           （m-a）g
則x=$\frac{168（m-a）g}{62}$=$\frac{84（m-a）}{31}$g，故m（Na₂CO₃）=[m-$\frac{84（m-a）}{31}$]g，
則樣品中Na₂CO₃的質量分數為{[m-$\frac{84（m-a）}{31}$]g÷mg}×100%=$\frac{84a-53m}{31m}$×100%，
故答案為：$\frac{84a-53m}{31m}$×100%；
（2）①利用C中堿石灰增重測定反應生成二氧化碳的質量，進而計算樣品中碳酸鈉的質量分數，由于堿石灰可以吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，故D裝置的作用是吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，避免空氣中的二氧化碳與水蒸氣加入C中，防止測定誤差，
故答案為：吸收空氣中的二氧化碳與水蒸氣，避免空氣中的二氧化碳與水蒸氣加入C中；
②C裝置反應前后質量之差為反應生成二氧化碳的質量，根據樣品總質量、二氧化碳的質量可以計算混合物中碳酸鈉的質量，還需分別稱量C裝置反應前、后的質量，
故答案為：C；
③E裝置用恒壓分液漏斗，部分二氧化碳為殘留在分液漏斗上部，使C中吸收二氧化碳質量減小，造成較大的誤差，
故答案為：E裝置用恒壓分液漏斗，部分二氧化碳為殘留在分液漏斗上部，使C中吸收二氧化碳質量減小，造成較大的誤差；
（4）由圖可知，開始發生反應：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃，產生二氧化碳的反應為：HCl+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$NaCl+CO₂↑+H₂O，橫坐標每個刻度為50mL，令每個刻度為1molHCl，由方程式可知，樣品中n（Na₂CO₃）=1mol，碳酸鈉反應生碳酸氫鈉為1mol，故原樣品中碳酸氫鈉的物質的量為5mol-1mol=4mol，則原混合物中碳酸鈉的質量分數為$\frac{1mol×106g/mol}{1mol×106g/mol+4mol×84g/mol}$×100%=23.98%，
故答案為：23.98%．

點評 本題考查物質組成含量的測定，明確實驗原理是解題關鍵，是對學生綜合能力的考查，難度中等，注意方案二有一定的缺陷，裝置中的二氧化碳未能完全被C中堿石灰吸收．