Question

【題目】燒堿具有較好的殺菌消毒作用且廉價易得，但工業燒堿中常含有雜質碳酸鈉。某科學學習小組同學圍繞工業燒堿樣品純度測定問題，展開了討論與探究。

（原理思路）利用Na2CO3與稀H2SO4反應產生CO2，通過CO2 質量的測定，確定樣品中碳酸鈉的質量，從而計算樣品純度。

（實驗方案）小華同學根據以上思路，設計了如圖的實驗方案（固定裝置省略）。如何檢驗A裝置的氣密性________________________。

（交流討論）小明認為上圖實驗方案的設計有缺陷，會導致難以避免的誤差。你認為下列哪些因素會導致實驗結果偏高_____________（填序號）。

①加入的稀硫酸量不足 ②裝置內空氣中的CO2沒有排出

③反應產生的CO2未被完全吸收 ④干燥管與空氣直接相通

（方案改進）為減少誤差，使CO2質量的測定更準確，該小組同學根據以上討論，對上圖方案進行改進，設計了如下圖的實驗方案（固定裝置省略）。

（1）裝置B中樣品在與稀硫酸反應前和停止反應后，都要通過量的空氣。反應前通空氣時a、b、c三個彈簧夾的控制方法是_______________。停止反應后，通過量的空氣的目的是__________。

（2）寫出裝置A中發生反應的化學方程式：_______________________。

（數據分析）

（3）若反應過程中，裝置B中滴加稀硫酸的速度太快，則燒堿的純度將____________（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）。

（4）若原樣品共Ag，實驗結束測得C裝置增重Bg，D裝置增重Cg，則原樣品的純度（質量分數）為_____________________________________。

（拓展延伸）

（5）D裝置用裝有氫氧化鈉固體的U形管，而不用裝有澄清石灰水的洗氣瓶的原因：_________；請寫出CO2與澄清石灰水反應的化學方程式：_______________________。

（6）實驗結束后，小華、小明一起探討時，發現按目前所學知識還有其它實驗方案測定工業燒堿樣品純度，請你幫他們設計一個新方案：____________________________。

Answer 1

【答案】關閉分液漏斗的活塞，然后將導管放入水中，用雙手緊握錐形瓶的外壁，觀察導管口是否有氣泡冒出 ①③ 關閉c、打開a、b 使生成的二氧化碳被氫氧化鈉完全吸收 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O 偏高 氫氧化鈣微溶于水，所以石灰水可能無法將生成的二氧化碳完全吸收 CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O 取一定量的燒堿樣品完全溶解于水中，然后向溶液中逐滴加入氯化鋇溶液，直到不再產生沉淀為止，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質量，然后利用生成的碳酸鋇沉淀的質量，利用化學方程式Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl計算出碳酸鈉的質量，最后根據燒堿樣品的質量即可計算出其純度.

【解析】

[實驗方案]檢查裝置A氣密性的方法是關閉分液漏斗的活塞，然后將導管放入水中，用雙手緊握錐形瓶的外壁，觀察導管口是否有氣泡冒出；故填：關閉分液漏斗的活塞，然后將導管放入水中，用雙手緊握錐形瓶的外壁，觀察導管口是否有氣泡冒出；
[交流討論]①加入的稀硫酸量不足、②裝置內空氣中的CO2沒有排出、③反應產生的CO2未被完全吸收這三種情況會導致二氧化碳質量偏低，計算出的碳酸鈉質量偏小，而造成計算出的燒堿的純度結果偏高；而④干燥管與空氣直接相通，氫氧化鈉還會吸收空氣中的二氧化碳和水蒸氣，造成計算出的碳酸鈉的質量偏大，導致計算出的燒堿純度結果偏低；故填：①②③；
[方案改進]（1）反應前通空氣時，關閉c、打開a、b，可以把B、C裝置中的二氧化碳排出，使實驗結果更準確。停止反應后，通過量的空氣的目的是使生成的二氧化碳被氫氧化鈉完全吸收；故填：關閉c、打開a、b；使生成的二氧化碳被氫氧化鈉完全吸收；
（2）空氣通過氫氧化鈉溶液時，空氣中的二氧化碳與氫氧化鈉反應生成碳酸鈉和水；故填：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；
[數據分析]

（3）若反應過程中，裝置B中滴加稀硫酸的速度太快，在生成的二氧化碳就不能被氫氧化鈉固體完全吸收，造成計算出的碳酸鈉的質量偏小，那么則燒堿的純度將偏高；故填：偏高；
（4）D裝置增重Cg，即生成了Cg的二氧化碳，設需要碳酸鈉的質量為x，則：

則原樣品的純度（質量分數）為：；故填：。

[拓展延伸]（5）氫氧化鈣微溶于水，所以石灰水可能無法將生成的二氧化碳完全吸收，所以D裝置用裝有氫氧化鈉固體的U形管，而不用裝有澄清石灰水的洗氣瓶；故填：氫氧化鈣微溶于水，所以石灰水可能無法將生成的二氧化碳完全吸收；CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O；
（6）還可以采用沉淀法來測定樣品的純度，即取一定量的燒堿樣品完全溶解于水中，然后向溶液中逐滴加入氯化鋇溶液，直到不再產生沉淀為止，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質量，然后利用生成的碳酸鋇沉淀的質量，利用化學方程式Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl計算出碳酸鈉的質量，最后根據燒堿樣品的質量即可計算出其純度；故填：取一定量的燒堿樣品完全溶解于水中，然后向溶液中逐滴加入氯化鋇溶液，直到不再產生沉淀為止，過濾、洗滌、干燥、稱量沉淀的質量，然后利用生成的碳酸鋇沉淀的質量，利用化學方程式Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl計算出碳酸鈉的質量，最后根據燒堿樣品的質量即可計算出其純度.