Question

某興趣小組為測定某工業純堿（假設僅含NaHCO₃雜質）中Na₂CO₃的質量分數，設計了下列四種實驗方案：
方案一：純堿樣品測定剩余固體質量
（1）稱取mg樣品放入坩堝中充分加熱。坩堝中發生反應的化學方程式為：                                             
（2）將坩堝置于干燥器中冷卻后稱量。實驗時需要重復“加熱、冷卻、稱量”操作多次，其目的是：                                                 。
方案二：稱取mg樣品配成250mL溶液，從中取25mL溶液先用酚酞作指示劑用0.1mol/LHCl溶液滴定至終點，消耗0.1mol/LHCl溶液V₁mL，繼續用甲基橙作指示劑滴定至終點，消耗0.1mol/LHCl溶液V₂mL。則該樣品中碳酸鈉的質量分數為：                   。
方案三：純堿樣品溶液測定沉淀質量
（1）稱取m₁g樣品，置于小燒杯中，加水溶解后滴加足量氯化鈣溶液。將反應混和物過濾后的下一步操作是：                        ，沉淀經干燥后稱量為m₂g。
（2）如果用氫氧化鈣溶液代替氯化鈣溶液作沉淀劑，在其他操作正確的情況下，_______測定樣品中的Na₂CO₃的質量分數。（填“能”或“不能”）
方案四：純堿樣品測定生成二氧化碳的質量
（1）本實驗采用如圖裝置，C中盛放的物質是            。
（2）反應前后都要通入N₂，反應后通入N₂的目的是：                                

Answer 1

方案一：（1）2NaHCO₃=Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解
方案二： 或（3分）
方案三：（1）洗滌沉淀　　　（2）能
方案四：（1）濃硫酸　（2）將生成的二氧化碳從容器內排出，被D裝置中堿石灰吸收

試題分析：方案一：該方案原理為：在加熱條件下Na₂CO₃能夠穩定存在，而NaHCO₃易發生分解反應，從而根據殘留的固體的量推算出樣品中碳酸鈉的質量分數；（1）坩堝中發生反應的化學方程式為：2NaHCO₃Na₂CO₃ + CO₂↑+ H₂O；（2）該方案根據加熱后殘渣的質量來求解，要加熱至恒重，以保證NaHCO₃全部分解；
方案二：該實驗方案的原理為用雙指示劑法測定Na₂CO₃和NaHCO₃的混合物中Na₂CO₃的質量分數，以酚酞作指示劑，發生的反應為Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，再以甲基橙作指示劑，發生的反應為NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，根據上述原理，以酚酞作指示劑，發生的反應為Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，n(Na₂CO₃)="n(HCl)=" 10×0.1mol/L×0.001V₁L="0.001" V₁ mol，m(Na₂CO₃)="0.106" V₁g，碳酸鈉的質量分數為0.106 V₁g/mg×100%="10.6" V₁/m%；
方案三：該實驗方案的原理為：純堿樣品中的碳酸鈉與氯化鈣溶液反應生成碳酸鈣沉淀和水，通過測定碳酸鈣的質量來確定碳酸鈉的質量分數；（1）碳酸鈣沉淀會附著氯化鈉、氯化鈣等雜質，過濾后需用蒸餾水洗滌沉淀；（2）在一定量樣品中加入足量Ca（OH）₂溶液分別發生如下反應Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH，
NaHCO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+NaOH+H₂O，均產生CaCO₃沉淀，根據樣品的總質量和生成CaCO₃沉淀的量，可以計算碳酸鈉質量，能測得碳酸鈉的質量分數；
方案四：該實驗方案的原理為：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑,
2NaHCO₃+ H₂SO₄= Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑,通過準確測定樣品的質量和二氧化碳的質量，來計算碳酸鈉的質量分數；（1）該反應產生的二氧化碳中含有水蒸氣，會影響二氧化碳質量的測定，必須除去，故C裝置的作用為干燥二氧化碳，盛放的物質是濃硫酸；（2）該方案關鍵是要準確測量產生的CO₂的質量，實驗前容器內含有空氣，空氣中含有二氧化碳，會影響生成的二氧化碳的量，反應后裝置中容器內含有二氧化碳，不能被D中堿石灰完全吸收，導致測定結果有較大誤差，所以反應前后都要通入N₂，反應后通入N₂的目的是：將生成的二氧化碳從容器內排出，被D裝置中堿石灰吸收。