Question

9．化學小組設計以下實驗方案，測定某部分變質(zhì)為碳酸鈉的小蘇打樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分數(shù)．
（1）方案一：稱取一定質(zhì)量樣品，置于儀器a中用酒精燈加熱至恒重，冷卻，用托盤天平稱量剩余固體質(zhì)量．重復操作，計算．儀器a的名稱是坩堝；其中發(fā)生反應的化學方程式為2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．實驗中為保證NaHCO₃分解完全需加熱至恒重，判斷方法是兩次稱量的誤差不超過0.1g為止．
（2）方案二：稱取一定質(zhì)量樣品，置于小燒杯中，加適量水溶解；向小燒杯中加入足量Ba（OH）₂溶液，待沉淀后，過濾，洗滌，干燥，稱量固體質(zhì)量，計算．
寫出NaHCO₃與足量Ba（OH）₂溶液反應的離子方程式HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O；實驗中判斷沉淀是否完全的方法是取上層清液少許于試管中，加入氫氧化鋇溶液，若無沉淀生成，則沉淀完全．過濾操作中，除燒杯、漏斗外，還要用到的玻璃儀器為玻璃棒．
（3）方案三：稱取一定質(zhì)量樣品，按如圖裝置進行實驗：

B裝置內(nèi)所盛試劑是濃硫酸；D裝置的作用是防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置．
實驗前稱取17.9g樣品，實驗后測得C裝置增重8.8g，則樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分數(shù)為70.4%．
某同學認為上述測定結果偏低（填“偏高”或“偏低”），因為實驗裝置還存在一個明顯的缺陷是缺少一套將A、B裝置內(nèi)的CO₂氣體驅(qū)趕到C裝置中的裝置．

Answer 1

分析 （1）[方案一]固體加熱灼燒需要在坩堝中進行，碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱易分解，根據(jù)加熱前后固體質(zhì)量變化，根據(jù)差量法求碳酸氫鈉的質(zhì)量，進而求得碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)；
碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳；加熱恒重保證碳酸氫鈉完全分解；
（2）[方案二]碳酸鈉和碳酸氫鈉都和氫氧化鋇反應生成碳酸鋇沉淀，根據(jù)生成沉淀的質(zhì)量來計算碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．
碳酸氫鈉和足量氫氧化鋇混合反應，碳酸氫鈉全部反應，化學式錢系數(shù)為1，據(jù)此配平書寫離子方程式，可取上層清液，繼續(xù)加沉淀劑，看是否生成沉淀；過濾操作考慮所需儀器；
（3）[方案三]由測定含量的實驗可知，A中發(fā)生Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，B中為濃硫酸吸收水，干燥二氧化碳，利用C裝置吸收二氧化碳，D裝置防止空氣中的二氧化碳、水進入C裝置干擾含量測定，
結合反應定量關系和元素守恒計算得到物質(zhì)的質(zhì)量，來計算物質(zhì)含量；
二氧化碳氣體不能全部進入C裝置被吸收，需要添加一個裝置二氧化碳氣體趕入裝置C的裝置．

解答 解：（1）[方案一]稱取一定質(zhì)量樣品，置于儀器a中用酒精燈加熱至恒重，冷卻，用托盤天平稱量剩余固體質(zhì)量．重復操作，計算．儀器a的名稱是坩堝，碳酸氫鈉受熱分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳，反應方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，實驗中為保證NaHCO₃分解完全需加熱至恒重判斷方法是兩次稱量的誤差不超過0.1g為止，
故答案為：坩堝；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；兩次稱量的誤差不超過0.1g為止；
（2）[方案二]碳酸氫鈉和足量氫氧化鋇混合反應，碳酸氫鈉全部反應，化學式錢系數(shù)為1，據(jù)此配平書寫離子方程式為：HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O，實驗中判斷沉淀是否完全的方法是：可取上層清液，繼續(xù)加沉淀劑，看是否生成沉淀，具體操作為：取上層清液少許于試管中，加入氫氧化鋇溶液，若無沉淀生成，則沉淀完全，過濾時需用玻璃棒引流，
故答案為：HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O；取上層清液少許于試管中，加入氫氧化鋇溶液，若無沉淀生成，則沉淀完全；玻璃棒；
（3）[方案三]B中為濃硫酸吸收水，干燥二氧化碳，空氣中的水蒸氣和二氧化碳會被堿石灰吸收，故D的作用是吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，以確保C裝置中質(zhì)量增加量的準確性，
設Na₂CO₃和NaHCO₃的物質(zhì)的量分別為x、y，則
Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、
 1                                 1
x                                 x
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑
  2                                                  2
  y                                                  y
106x+84y=17.90
44x+44y=8.80
解得x=0.05mol
y=0.15mol
則樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分數(shù)為=$\frac{0.15mol×84g/mol}{17.9g}$×100%=70.4%，
實驗裝置還存在一個明顯缺陷為裝置中的二氧化碳不能被C全部吸收，導致測定二氧化碳足量減小，計算得到碳酸氫鈉的物質(zhì)的量減小，測定結果偏低，所以需設計一個裝置將A、B中的CO₂全部吹入C中吸收，
故答案為：濃硫酸；防止空氣中的水蒸氣、二氧化碳進入C裝置；70.4%；偏低；缺少一套將A、B裝置內(nèi)的CO₂氣體驅(qū)趕到C裝置中的裝置．

點評 本題考查碳酸鈉含量的測定實驗，為高頻考點，把握實驗裝置的作用及實驗目的為解答的關鍵，側重分析、計算及實驗能力的綜合考查，題目難度中等．