Question

某學生用實驗方法來分析碳酸鈉的純度。該同學設(shè)計出如圖②所示的實驗裝置(各符號代表的儀器如圖①所示)，其中A中盛有一定量的碳酸鈉樣品，分液漏斗內(nèi)盛裝稀硫酸，B內(nèi)為堿石灰固體。他利用堿石灰的增重求出純凈的碳酸鈉質(zhì)量，再求純度。重復正確操作3次，結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。

    通過仔細分析，該同學重新設(shè)計了一套裝置(如下圖所示)(實驗室可供選擇的試劑和藥品有鋅片、濃硫酸、氫氧化鈣溶液、碳酸鈣固體、蒸餾水)。

完成下列問題：

(1)請分析在實驗改進前，實驗中出現(xiàn)較大偏差的原因：______________________________。

(2)在改進后的實驗中，A裝置分液漏斗中所盛的液體為__________,U形管內(nèi)盛有。在整套裝置中，A的作用是__________________________；D裝置中U形管內(nèi)盛有__________，D裝置在整套裝置中的作用是_____________________。

(3)該同學新設(shè)計的實驗裝置(如上圖所示)是否完整？如果不完整，請畫出應該補充的裝置簡圖，并在圖中標明所用藥品或試劑。

Answer 1

解析：本題的實驗原理很簡單：讓待測的碳酸鈉樣品與硫酸反應，用堿石灰吸收反應產(chǎn)生的氣體，通過稱量吸收裝置的質(zhì)量確定反應放出的CO₂的量，進而求得碳酸鈉的質(zhì)量和純度。原理雖然很簡單，但實驗設(shè)計過程中必須排除水蒸氣、空氣等因素的干擾。

    實驗改進前，裝置僅由二氧化碳產(chǎn)生裝置A以及二氧化碳吸收裝置B組成，僅從實驗原理的角度來看是可行的。結(jié)合實驗操作實際，就會發(fā)現(xiàn)如下問題：(1)裝置A中留住部分CO₂；(2)產(chǎn)生CO₂的同時，必然會帶出水蒸氣；(3)吸收裝置B的導管直接暴露在空氣中，會吸收空氣中的CO₂、水蒸氣。由于這些因素的存在，測量過程中必將出現(xiàn)較大的偏差。

    正是由于存在上述問題，因此實驗裝置必須進行改進。結(jié)合上面分析，很容易推斷出改進后實驗裝置中盛放的藥品和它們對應的作用，其中B是二氧化碳的發(fā)生裝置(碳酸鈉樣品和硫酸反應)，而裝置A的作用就是把裝置B產(chǎn)生的二氧化碳全部排出以利于充分吸收，裝置D的作用是避免空氣帶來的實驗干擾(即避免空氣中的CO₂和水蒸氣被吸收二氧化碳的裝置C所吸收)，裝置C的作用顯然是吸收二氧化碳。明確裝置的作用，就可確定各裝置所裝的藥品，其中A中的藥品為稀硫酸和鋅片，B中的藥品為稀硫酸和碳酸鈉樣品，C和D中的樣品均為堿石灰。

    通過對上述實驗原理的分析，可以發(fā)現(xiàn)改進后的裝置仍然存在問題：隨碳酸鈉與硫酸反應產(chǎn)生的CO₂帶出的水蒸氣沒有處理。因此還需對“改進”了的實驗裝置進一步改進，即在B、C裝置之間再安裝一個吸收水蒸氣的裝置。

答案：(1)①U形管A中產(chǎn)生的CO₂不可能全部進入U形管B中；②U形管A中產(chǎn)生CO₂的同時還會帶出水蒸氣進入U形管B中；③空氣中的CO₂和水蒸氣會進入U形管B中。由于存在上述3種原因，堿石灰增重的質(zhì)量就不等于CO₂ 的質(zhì)量，因此在測量過程中將會出現(xiàn)較大的偏差

(2)稀硫酸  鋅片  產(chǎn)生氫氣，把B裝置中產(chǎn)生的二氧化碳氣體全部通入后面裝置中，確保二氧化碳被

充分吸收  堿石灰  吸收空氣中的CO₂和H₂O，避免進入裝置C中

(3)不夠完整。必須在裝置B、C之間加入一個干燥裝置(如圖所示)