Question

11．工業(yè)燒堿中常含有雜質(zhì)碳酸鈉．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)圍繞工業(yè)燒堿樣品純度測定的問題，展開了討論與探究．

【原理思路】利用Na₂CO₃與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生CO₂，通過CO₂質(zhì)量的測定，確定樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，從而計算樣品純度．
【實驗方案】小科同學(xué)根據(jù)以上思路，設(shè)計了如圖甲的實驗方案，其中濃硫酸的作用是干燥CO₂氣體．
交流討論】小明認為圖甲實驗方案的設(shè)計有缺陷，若按該方案進行測定會導(dǎo)致難以避免的誤差．你認為哪些
因素會導(dǎo)致難以避免的誤差（寫三點）
裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有預(yù)先排出；反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收；干燥管與空氣直接相通．
【方案改進】為減少誤差，使CO₂質(zhì)量的測定更準確，該小組同學(xué)根據(jù)以上討論，對圖甲方案進行改進，設(shè)計
了如圖乙的實驗方案．圖乙B裝置中樣品在與稀硫酸反應(yīng)前和停止反應(yīng)后，都要通入過量的空氣，反應(yīng)前通空氣時a、b、c三個彈簧夾的控制方法是打開a和b，關(guān)閉c．通入空氣時，A中反應(yīng)化學(xué)方程式為2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．滴入稀硫酸時，B中發(fā)生了中和反應(yīng)的化學(xué)方程式為H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
【數(shù)據(jù)分析】若撤去圖乙中的E裝置，則測得工業(yè)燒堿的純度將偏低（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
【拓展提高】已知Na₂CO₃溶液與稀硫酸反應(yīng)先生成NaHCO₃和Na₂SO₄，當(dāng)Na₂CO₃全部轉(zhuǎn)化為NaHCO₃后，生成的
NaHCO₃能繼續(xù)與稀硫酸反應(yīng)生成CO₂．現(xiàn)向樣品中加一定量的稀硫酸，反應(yīng)后產(chǎn)生無色氣體并得到X溶液．請分析推斷反應(yīng)后所得X溶液的溶質(zhì)，其所有的可能組成①Na₂SO₄；②Na₂SO₄、NaHCO₃；③Na₂SO₄、H₂SO₄．

Answer 1

分析 【實驗方案】濃硫酸具有吸水性、脫水性和強氧化性．
【交流討論】裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有排出，反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收，干燥管與空氣直接相通等都會影響實驗結(jié)果；
【方案改進】樣品在與稀硫酸反應(yīng)前通過量的除去二氧化碳的空氣，是為了把裝置中的二氧化碳排出；停止反應(yīng)后，通過量的除去二氧化碳的空氣，是為了使反應(yīng)生成的二氧化碳全部被堿石灰吸收；
【數(shù)據(jù)分析】若撤去圖2中的E裝置，空氣中的二氧化碳、水蒸氣會進入堿石灰中，并且被吸收，會影響實驗結(jié)果．
【拓展提高】根據(jù)加入稀硫酸的量可以確定反應(yīng)后所得X溶液中的溶質(zhì)．

解答 解：【實驗方案】實驗中濃硫酸的作用是干燥CO₂氣體．
【交流討論】裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有排出，會導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致測量的工業(yè)燒堿的純度偏低；
反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收，會導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量偏低，從而導(dǎo)致測量的工業(yè)燒堿的純度偏高；
干燥管與空氣直接相通時，堿石灰能夠吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，會導(dǎo)致碳酸鈉的質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致測量的工業(yè)燒堿的純度偏低．
【方案改進】反應(yīng)前通空氣的作用是用不含二氧化碳的空氣將裝置內(nèi)的空氣排凈，反應(yīng)停止后通空氣的作用是把產(chǎn)生的二氧化碳全部排出并吸收；反應(yīng)前通空氣時a、b、c三個彈簧夾的控制方法是打開彈簧夾a和b，關(guān)閉c，這樣才能把含二氧化碳的空氣全部排凈．反應(yīng)前通空氣時，關(guān)閉c、打開a、b，可以把裝置中的二氧化碳排出裝置，避免被堿石灰吸收．故填：關(guān)閉c、打開a、b．
A中氫氧化鈉可以與二氧化碳反應(yīng)，化學(xué)方程式為2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；硫酸與氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)，化學(xué)方程式為H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
【數(shù)據(jù)分析】若撤去圖2中的E裝置，空氣中的二氧化碳、水蒸氣會進入堿石灰中，并且被吸收，如果沒有裝置E則會使D裝置中吸收的物質(zhì)偏大，而使測量結(jié)果偏低會導(dǎo)致計算的碳酸鈉質(zhì)量偏高，從而導(dǎo)致計算出的工業(yè)燒堿的純度偏低．
【拓展提高】硫酸和碳酸鈉反應(yīng)生成了硫酸鈉、水和二氧化碳，若硫酸和碳酸鈉恰好完全反應(yīng)則生成的溶液中的溶質(zhì)為硫酸鈉；若硫酸過量，則得到溶液溶質(zhì)為硫酸鈉和硫酸，若硫酸的量不足，則得到溶液含有的溶質(zhì)為硫酸鈉和碳酸氫鈉．
故答案為：【實驗方案】干燥CO₂氣體（或吸收CO₂氣體中的水蒸氣）．
【交流討論】裝置內(nèi)空氣中的CO₂沒有預(yù)先排出；反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂未被完全吸收；干燥管與空氣直接相通．
【方案改進】打開a和b，關(guān)閉c；2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；H₂SO₄+2NaOH═Na₂SO₄+2H₂O．
【數(shù)據(jù)分析】偏低
【拓展提高】①Na₂SO₄；②Na₂SO₄、NaHCO₃；③Na₂SO₄、H₂SO₄．

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(yīng)原理，弄清個裝置的作用；再根據(jù)實驗的反應(yīng)原理，分析推斷出該物質(zhì)的組成成分，然后得出所要探究的物質(zhì)中該成分的組成．