Question

某天然堿化學組成可能為aNa₂C0₃?bNaHC0₃?cH₂O（a、b、c為正整數(shù)），為確定其組成，某同學作了如下探究：
（1）定性分析
取少量天然堿樣品放入試管中，用酒精燈加熱，在試管口有液體生成，該液體能使無水硫酸銅變藍．能否說明樣品中含結晶水，試簡述理由．

 

．
（2）定量分析
該同學設計了如圖所示裝置，測定天然堿的化學組成．

實驗步驟：
①按如圖（夾持儀器未畫出）組裝好實驗裝置后，首先進行的操作是

 

；A處堿石灰的作用是：

 

．
②稱取天然堿樣品7.3g，并將其放入硬質(zhì)玻璃管中；稱量裝濃硫酸的洗氣瓶的質(zhì)量為87.6g，裝堿石灰的U形管D的質(zhì)量為74.7g．
③打開活塞K₁、K₂，關閉K₃，緩緩鼓人空氣數(shù)分鐘．
④關閉活塞K_l、K₂，打開K₃，點燃酒精燈加熱，待不再產(chǎn)生氣體為止．
⑤打開活塞K_l，緩緩鼓人空氣數(shù)分鐘，然后稱得裝濃硫酸的洗氣瓶的質(zhì)量為88.5g；裝堿石灰的U形管D的質(zhì)量為75.8g．該步驟中緩緩鼓入空氣的目的是

 

．計算推導：該天然堿的化學式為

 

．
（3）討論：有的同學認為：E裝置是可以省略的，你的觀點是

 

（“能”或“不能”）
理由是：

 

．

Answer 1

考點：探究碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)

專題：實驗設計題

分析：（1）碳酸氫鈉分解會生成水，所以取少量天然堿樣品放入試管中，用酒精燈加熱，在試管口有液體生成，該液體能使無水硫酸銅變藍，不能說明樣品中含有結晶水；
（2）①裝載氣密性會影響測定結果，所以實驗前必須檢查裝置的氣密性；
⑤根據(jù)堿石灰的質(zhì)量變化計算出二氧化碳的質(zhì)量，從而計算出碳酸氫鈉的物質(zhì)的量及碳酸氫鈉分解生成的水的物質(zhì)的量，再根據(jù)濃硫酸的質(zhì)量變化及碳酸氫鈉分解生成水的質(zhì)量計算出結晶水質(zhì)量，最后計算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，從而得出該樣品的化學式；
（3）沒有裝置E，空氣中的二氧化碳和水會進入裝置D，影響測定結果．

解答： 解：（1）由于反應2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O中有水生成，所以不能說明樣品中含結晶水，
故答案為：不能，因為NaHCO₃受熱分解也能產(chǎn)生水蒸氣；
（2）①該實驗中使用了多個實驗裝置，在實驗前必須檢查裝置的氣密性，避免影響測定結果；裝置A中的堿石灰作用是除去空氣中的CO₂和H₂O（g），
故答案為：檢查裝置的氣密性；除去空氣中的CO₂和H₂O（g）；
⑤該步驟中緩緩鼓入空氣的目的是將裝置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入C、D裝置中吸收，減小測定誤差，
由題意可知：裝堿石灰的U形管D的增重的物質(zhì)是CO₂，二氧化碳的質(zhì)量為：75.8 g-74.7=1.1 g，n（CO₂）=

1.1g

44g/mol

=0.025 mol，
則2NaHCO₃

△   .

 Na₂CO₃ +CO₂↑+H₂O
    2           1        1       1
0.05mol    0.025mol  0.025mol   0.025mol
m（NaHCO₃）=0.05 mol×84 g?mol^-1=4.2 g
濃硫酸吸收的水為碳酸氫鈉分解生成的和樣品中的結晶水，水的質(zhì)量之和為：88.5g-87.6g=0.9g，
所以晶體中含有的結晶水的物質(zhì)的量為：n（H₂O）=

0.9g

18g/mol

-0.025mol=0.025mol，
樣品中含有的結晶水的質(zhì)量為：m（H₂O）=0.025 mol×18 g?mol^-1=0.45g，
樣品中含有的水的質(zhì)量為：m（Na₂CO₃）=7.3g-4.2g-0.45g=2.65g，n（Na₂CO₃）=

2.65g

106g/mol

=0.025mol，
故晶體中n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.025 mol：0.05 mol：0.025 mol=1：2：1，
所以晶體化學式為：Na₂CO₃?2NaHCO₃?H₂O，
故答案為：將裝置中生成的CO₂和H₂O（g）全部排入C、D裝置中吸收；Na₂CO₃?2NaHCO₃?H₂O；
（3）本實驗是通過測定生成二氧化碳和水的物質(zhì)的量計算出樣品的組成，如果沒有裝載D，空氣的中CO₂和H₂O（g）進入D裝置，導致測量結果不準確，
故答案為：不能；防止空氣中CO₂和H₂O（g）進入D裝置，導致測量不準確．

點評：本題考查Na₂CO₃和NaHCO₃有關性質(zhì)、化學計算等知識，試題綜合性較強，題目難度稍大，注意掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質(zhì)，明確化學計算的方法與技巧，試題培養(yǎng)了學生的分析、理解能力．