Question

20．實驗室有一瓶長期暴露在空氣中的氫氧化鈉固體樣品，觀察發(fā)現(xiàn)，樣品表面有白色的粉末．某興趣小組的同學(xué)對該樣品的成分及含量進行了探究．
【提出問題1】該樣品中含有哪些物質(zhì)？
【提出猜想】通過分析，提出如下猜想：
猜想Ⅰ：已完全變質(zhì)，該樣品中只含Na₂CO₃；
猜想Ⅱ：部分變質(zhì)，該樣品中含有NaOH和Na₂CO₃．
則變質(zhì)反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
【查閱資料】
①堿性的Na₂CO₃溶液可以與中性的CaCl₂溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)；
②CO₂在飽和的碳酸氫鈉溶液中幾乎不溶解．
【實驗探究1】為確定該樣品的成分，小明設(shè)計了如下實驗方案，請你一起完成下列實驗報告．

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
（1）取少量樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液；	白色沉淀產(chǎn)生	該反應(yīng)的化學(xué)方程式：CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
（2）將上述反應(yīng)后的混合液過濾， 取濾液加入無色酚酞試液．	酚酞試液變紅色	證明猜想Ⅱ成立

【提出問題2】如何測量該部分變質(zhì)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)？
【實驗探究2】小紅同學(xué)設(shè)計如圖1所示裝置（鐵架臺略去），實驗在27℃，101kPa下進行，步驟如下：①按圖連接好裝置；②用托盤天平準確稱取該樣品2.0g，放入A中試管內(nèi)，向B中集氣瓶中倒入飽和碳酸氫鈉溶液至瓶頸處；③向分液漏斗中加入稀硫酸，打開活塞，讓稀硫酸滴入試管中至過量，關(guān)閉活塞．反應(yīng)結(jié)束后，量筒中收集到飽和碳酸氫氧化鈉溶液220mL．請回答下列問題：
（1）在實驗步驟①和②之間，還缺少一實驗步驟，該實驗步驟是檢驗裝置的氣密性；
（2）B中集氣瓶盛裝的飽和碳酸氫鈉溶液不能用水代替，其理由是二氧化碳氣體部分溶解在水中影響氣體體積的測量；

（3）變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為48%．（在27℃，101kPa時二氧化碳的密度為1.8g/L）（計算結(jié)果精確至1%）
【研究與討論】小明同學(xué)認這小紅的設(shè)計方案過于繁雜，他認為用托盤天平準確稱取該樣品2.0g后，只需要再稱量裝置A反應(yīng)前的總質(zhì)量（mA_前）和完全反應(yīng)后裝置A的總質(zhì)量（mA_后），就能測量出該部分變質(zhì)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
（1）小明認為反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量等于m_A前-m_A后（填數(shù)學(xué)表達式），從而輕易的計算出該部分變質(zhì)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
（2）小明計算出該部分變質(zhì)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)的結(jié)果數(shù)據(jù)偏大，請你幫助他分析分析，原因可能是該反應(yīng)過程中放熱反應(yīng)，導(dǎo)致一部分水以水蒸氣的形式逸出．
【提出問題3】怎樣提純該樣品得到純凈的氫氧化鈉固體？
【實驗探究3】為得到純凈的氫氧化鈉固體，小亮設(shè)計了如圖2所示的實驗流程．
請回答下列問題：
（1）操作②中加入的適量某種試劑是氫氧化鈣溶液（只寫一種）；
（2）最終所得氫氧化鈉固體質(zhì)量大于變質(zhì)后樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量（填“小于”、“等于”或“大于”）．
【實驗反思】
實驗探究1中的檢驗和實驗探究3中的除雜都將碳酸鈉進行了轉(zhuǎn)化，但二者目的不同，請說出其中一個目的：將碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，以免干擾氫氧化鈉的檢驗．

Answer 1

分析 【提出猜想】
氫氧化鈉能和空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水，從而變質(zhì)；
【實驗探究1】
氯化鈣和碳酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉；
氫氧化鈉溶液顯堿性，能使酚酞試液變紅色；
【實驗探究2】
凡是有氣體參加或產(chǎn)生的實驗，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實驗結(jié)果；
二氧化碳能夠溶于水；
根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式和提供的數(shù)據(jù)可以計算變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)；
【研究與討論】
反應(yīng)前后的質(zhì)量差即為反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量；
溫度升高時，水蒸發(fā)的較快；
【實驗探究3】
碳酸鈉能和氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氫氧化鈉；
【實驗反思】
相同的操作過程，目的不一定相同．

解答 解：【提出猜想】
氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
故填：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．
【實驗探究1】
實驗操作、實驗現(xiàn)象和實驗結(jié)論如下表所示：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
（1）取少量樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液；	白色沉淀產(chǎn)生	該反應(yīng)的化學(xué)方程式：CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
（2）將上述反應(yīng)后的混合液過濾， 取濾液加入無色酚酞試液．	酚酞試液變紅色	證明猜想Ⅱ成立

【實驗探究2】
（1）在實驗步驟①和②之間，還缺少一實驗步驟，該實驗步驟是檢驗裝置的氣密性；
（2）B中集氣瓶盛裝的飽和碳酸氫鈉溶液不能用水代替，其理由是二氧化碳氣體部分溶解在水中影響氣體體積的測量；
（3）設(shè)碳酸鈉的質(zhì)量為x，
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
  106                   44
   x               1.8g/L×0.22L
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{1.8g/L×0.22L}$，
x=0.954g，
變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)為：$\frac{0.954g}{2.0g}$×100%=48%．
故填：檢驗裝置的氣密性；二氧化碳氣體部分溶解在水中影響氣體體積的測量；48%．
【研究與討論】
（1）小明認為反應(yīng)中產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量等于m_A前-m_A后，從而輕易的計算出該部分變質(zhì)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
（2）原因可能是該反應(yīng)過程中放熱反應(yīng)，導(dǎo)致一部分水以水蒸氣的形式逸出．
故填：m_A前-m_A后；該反應(yīng)過程中放熱反應(yīng)，導(dǎo)致一部分水以水蒸氣的形式逸出．
【實驗探究3】
（1）操作②中加入的適量某種試劑是氫氧化鈣溶液或氫氧化鋇溶液；
（2）最終所得氫氧化鈉固體質(zhì)量大于變質(zhì)后樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量，這是因為反應(yīng)生成了一部分氫氧化鈉．
故填：氫氧化鈣溶液；大于．
【實驗反思】
實驗探究1中，將碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，以免干擾氫氧化鈉的檢驗；
實驗探究3中，將碳酸鈉轉(zhuǎn)化為氫氧化鈉，變廢為寶．
故填：將碳酸鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，以免干擾氫氧化鈉的檢驗．

點評 合理設(shè)計實驗，科學(xué)地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結(jié)論的前提，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、進行實驗、分析實驗，為學(xué)好化學(xué)知識奠定基礎(chǔ)．