Question

5．某天然堿樣品的組成可能為aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O（a、b、c為正整數(shù)）．為確定其組成，某小組進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：
（1）定性實(shí)驗(yàn)
①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(lán)．能否說明樣品中含結(jié)晶水，試簡述理由不能，因?yàn)镹aHCO₃受熱分解也能產(chǎn)生水蒸氣；
②請?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡單方案，確認(rèn)樣品中含有CO₃^2-取少量天然堿樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，過濾并洗滌沉淀，向沉淀中加入稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象說明樣品中含CO₃^2-；．
（2）定量分析
該同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖所示裝置，測定天然堿的化學(xué)組成．
實(shí)驗(yàn)步驟：
①組裝好實(shí)驗(yàn)裝置后，首先進(jìn)行的操作是檢查裝置的氣密性；A處堿石灰的作用是：除去空氣中的CO₂和H₂O（g）；E處堿石灰的作用是防止空氣中CO₂和H₂O（g）進(jìn)入D裝置，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確．
②稱7.3g樣品，放入硬質(zhì)玻璃管中；稱量C裝置質(zhì)量為87.6g，D裝置為74.7g．
③打開活塞K₁、K₂，關(guān)閉K₃，通人空氣數(shù)分鐘．
④關(guān)閉活塞K_l、K₂，打開K₃，點(diǎn)燃酒精燈至不再產(chǎn)生氣體為止．
⑤打開活塞K_l，鼓人空氣數(shù)分鐘，然后稱得C裝置質(zhì)量為88.5g；D裝置質(zhì)量為75.8g，通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．
⑥該天然堿的化學(xué)式為Na₂CO₃•2NaHCO₃•H₂O．

Answer 1

分析 （1）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(lán)，不能說明樣品中含有結(jié)晶水；
②依據(jù)樣品中碳酸根離子會結(jié)合鈣離子或鋇離子生成白色沉淀，碳酸氫根離子不與氯化鈣或氯化鋇溶液反應(yīng)，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)；
（2）①裝載氣密性會影響測定結(jié)果，所以實(shí)驗(yàn)前必須檢查裝置的氣密性，沒有裝置E，空氣中的二氧化碳和水會進(jìn)入裝置D，影響測定結(jié)果；
⑤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；
⑥根據(jù)堿石灰的質(zhì)量變化計(jì)算出二氧化碳的質(zhì)量，從而計(jì)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(jì)算出結(jié)晶水質(zhì)量，最后計(jì)算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，從而得出該樣品的化學(xué)式；

解答 解：（1）①由于反應(yīng)2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O中有水生成，所以不能說明樣品中含結(jié)晶水，
故答案為：不能，因?yàn)镹aHCO₃受熱分解也能產(chǎn)生水蒸氣；
②樣品中碳酸根離子會結(jié)合鈣離子或鋇離子生成白色沉淀，碳酸氫根離子不與氯化鈣或氯化鋇溶液反應(yīng)，取少量天然堿樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，過濾并洗滌沉淀，向沉淀中加入稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象說明樣品中含CO₃^2-，
故答案為：取少量天然堿樣品溶于水，加入足量的氯化鈣溶液或氯化鋇溶液，過濾并洗滌沉淀，向沉淀中加入稀鹽酸，將產(chǎn)生的氣體通入澄清石灰水，若出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象說明樣品中含CO₃^2-；
（2）①該實(shí)驗(yàn)中使用了多個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置，在實(shí)驗(yàn)前必須檢查裝置的氣密性，避免影響測定結(jié)果；裝置A中的堿石灰作用是除去空氣中的CO₂和H₂O（g），本實(shí)驗(yàn)是通過測定生成二氧化碳和水的物質(zhì)的量計(jì)算出樣品的組成，如果沒有裝置E，空氣的中CO₂和H₂O（g）進(jìn)入D裝置，導(dǎo)致測量結(jié)果不準(zhǔn)確裝置E是防止空氣中CO₂和H₂O（g）進(jìn)入D裝置，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確，
故答案為：檢查裝置的氣密性；除去空氣中的CO₂和H₂O（g）；防止空氣中CO₂和H₂O（g）進(jìn)入D裝置，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確；
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，
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；
⑥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）=$\frac{1.1g}{44g/mol}$=0.025 mol，
則2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$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(jié)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(jié)晶水的物質(zhì)的量為：n（H₂O）=$\frac{0.9g}{18g/mol}$-0.025mol=0.025mol，
樣品中含有的結(jié)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）=$\frac{2.65g}{106g/mol}$=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(xué)式為：Na₂CO₃•2NaHCO₃•H₂O，
故答案為：Na₂CO₃•2NaHCO₃•H₂O；

點(diǎn)評 本題考查Na₂CO₃和NaHCO₃有關(guān)性質(zhì)、化學(xué)計(jì)算等知識，試題綜合性較強(qiáng)，題目難度較大，注意掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質(zhì)，明確化學(xué)計(jì)算的方法與技巧，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力．