Question

19．在化學實驗室，某小組同學實驗時發(fā)現(xiàn)一瓶沒有密封好的NaOH已經(jīng)結(jié)塊．于是對其成分進行科學探究，請你一起完成探究的過程．
Ⅰ固體的成分分析
【提出問題】結(jié)塊后的固體成分是什么？
【猜想與假設(shè)】
猜想一：固體為碳酸鈉
猜想二：固體為碳酸鈉和氫氧化鈉．
用化學方程式表示固體中有碳酸鈉的原因CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．
【查閱資料】BaCl₂溶液pH=7
【實驗探究】從瓶中取出一定量的固體，加入足量水溶解，再將溶液分三等份分別裝入A、B、C三支試管，進行如圖1所示實驗．

甲同學根據(jù)實驗現(xiàn)象，認為結(jié)塊固體中有碳酸鈉和氫氧化鈉．
【實驗分析】
（1）根據(jù)甲同學的實驗結(jié)論可知，三支試管中觀察到的實驗現(xiàn)象分別為：A試管中溶液變紅，B試管出現(xiàn)大量氣泡，C試管中出現(xiàn)白色沉淀；C試管中現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是（用化學方程式表示）Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl．
（2）乙同學認為甲同學的結(jié)論是不正確的，原因是碳酸鈉溶液呈堿性，也是無色酚酞變紅．
【實驗設(shè)計】請你設(shè)計合理的實驗方案，填入下列表格中．

操作	現(xiàn)象	結(jié)論
取少量結(jié)塊固體于試管（或燒杯）中，加水使其完全溶解，加入過量的氯化鋇或氯化鈣溶液，靜置后，向上層清液（或過濾后向濾液）中滴加幾滴無色酚酞溶液	若溶液變紅	固體為碳酸鈉和氫氧化鈉

Ⅱ固體中各成分含量
為確定該固體樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分數(shù)，小芳同學稱取2g樣品，利用A為Y形管、B為量氣管、C為水準管作為主要反應容器，進行了如圖2（I）所示實驗．
（1）在量氣管內(nèi)水面上架一薄層油，目的是防止二氧化碳溶于水；將Y形管（裝置A）向左傾斜，硫酸流到樣品中．
（2）使樣品與稀硫酸反應的操作為將Y形管（裝置A）向左傾斜，硫酸流到樣品中．
（3）實驗結(jié)束后，小芳同學讀出量氣管中的氣體體積為22.4mL（已知該溫度壓強下，CO₂的密度為1.965g/L），請你計算出樣品中Na₂CO₃質(zhì)量分數(shù)．（寫出計算過程）
（4）小明同學設(shè)計如圖2（Ⅱ）裝置，分別測定反應前、反應后儀器以及儀器內(nèi)物質(zhì)的總質(zhì)量，進行有關(guān)計算，實驗操作中沒有失誤，多次測量的結(jié)果均偏大，你認為可能的原因是逸出的二氧化碳中含有水蒸汽．

Answer 1

分析 根據(jù)氫氧化鈉的性質(zhì)來進行解答；
Ⅰ固體的成分分析
【實驗分析】（1）無色酚酞遇堿性溶液變紅；鹽酸可以和碳酸鹽反應生成氣體，而氯化鋇可以和碳酸鹽反應生成沉淀；可以據(jù)此解答；
（2）碳酸鈉和氫氧化鈉的溶液都呈堿性，可以據(jù)此解答；
【實驗設(shè)計】為了確認氫氧化鈉的存在，必須先除去碳酸鈉，可以據(jù)此解答；
Ⅱ固體中各成分含量
（1）根據(jù)油層的屏障作用回答；
（2）根據(jù)裝置的特點回答；
（3）由二氧化碳的體積求出質(zhì)量，再根據(jù)質(zhì)量碳酸鈉的質(zhì)量，進而求出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)；
（4）根據(jù)實驗操作及實驗裝置分析實驗誤差．

解答 解：Ⅰ固體的成分分析
氫氧化鈉容易潮解，然后會和二氧化碳發(fā)生反應而生成了碳酸鈉和水，其化學方程式為：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
【實驗分析】（1）根據(jù)同學得出的結(jié)論可以知道：三支試管中觀察到的實驗現(xiàn)象分別為：A中溶液變紅，判斷了氫氧化鈉的存在，B中有氣泡產(chǎn)生，C中溶液變渾濁，判斷了碳酸鈉的存在；
（2）碳酸鈉溶液也呈堿性，可以使酚酞變紅，所以不能僅僅根據(jù)A中溶液變紅來判斷氫氧化鈉的存在；
【實驗設(shè)計】為了確認氫氧化鈉的存在，必須先除去碳酸鈉，根據(jù)碳酸鈉的性質(zhì)可以設(shè)計實驗為：取少量結(jié)塊固體于試管（或燒杯）中，加水使其完全溶解，再向其中加入過量的氯化鋇溶液，靜置后，向上層清液（或過濾后向濾液）中滴加幾滴無色酚酞溶液；溶液變紅；
【實驗反思】（1）氫氧化鈉吸水易潮解，而變硬；
（2）為了碳酸鈉的干擾，取碳酸鈉固體將溶解，觀察是否有放熱現(xiàn)象．
Ⅱ固體中各成分含量
（1）二氧化碳能溶于水，油層有效防止了二氧化碳溶于水；
（2）要使樣品與稀硫酸反應，可將Y形管（裝置A）向左傾斜，硫酸流到樣品中；
（3）生成CO₂的質(zhì)量為：（22.4mL÷1000）×1.964g/L≈0.044g；
設(shè)樣品中的Na₂CO₃的質(zhì)量為x．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                   44
x                   0.44g
      $\frac{106}{x}=\frac{44}{0.44g}$
        x=0.106g；
所以樣品中的Na₂CO₃的質(zhì)量分數(shù)為$\frac{0.106g}{2g}$×100%=5.3%．
（4）實驗操作中沒有失誤，多次測量的結(jié)果均偏大，可能的原因是逸出的二氧化碳中含有水蒸汽．
故答案為：
Ⅰ固體的成分分析
猜想與假設(shè)】CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；
【實驗分析】
（1）溶液變紅；Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl；（2）碳酸鈉溶液呈堿性，也是無色酚酞變紅；
【設(shè)計實驗】加入過量的氯化鋇或氯化鈣溶液，靜置后，向上層清液（或過濾后向濾液）中滴加幾滴無色酚酞溶液，若溶液變紅；
Ⅱ固體中各成分含量
（1）防止二氧化碳溶于水；
（2）將Y形管（裝置A）向左傾斜，硫酸流到樣品中；
（3）5.3%；
（4）逸出的二氧化碳中含有水蒸汽．

點評 解答這類題目時，首先，賞析問題情景，找到實驗探究的反應原理，以及計算所要用到的數(shù)據(jù)；再根據(jù)實驗的反應原理，利用所稱取的樣品進行實驗探究，分析推斷出該物質(zhì)的組成成分．