Question

4．过碳酸钠（Na₂CO₄）在洗涤、印染、纺织、造纸、医药卫生等领域有大量应用，某化学研究性学习小组设计并完成了如下实验．
【实验目的】测定过碳酸钠样品（含有的杂质不溶于水且不与酸反应）的纯度．
【实验原理】2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
【实验装置】

【交流与讨论】
Ⅰ．（1）装置④和⑤在实验中共同的作用是测定生成的氧气体积．
（2）装置②中反应的化学方程式是CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；
（3）装置③的作用是验证二氧化碳是否被除尽；
（4）称取适量样品与足量浓盐酸充分反应后，收集到的氧气的体积为0.25L（已知该实验条件下氧气的密度为1.28g/L），则称取的样品质量应大于2.44g；
Ⅱ．乙同学认为测定产物中CO₂的质量（即反应前后装置②的质量差）就可测定样品的纯度．但利用上述实验装置测得CO₂的质量并计算样品的纯度，结果会偏高，你认为原因可能是ABC（填序号）
A．浓盐酸易挥发，产生的氯化氢气体被装置②吸收
B．二氧化碳气体逸出时带出的水蒸气在装置②中冷凝而被吸收
C．装置①、②内空气中的二氧化碳被装置②吸收
Ⅲ．丙同学提出了一种新方案，得到了大家的一致认可：称取样品12.5g，滴加足量浓盐酸至样品反应完全，再将烧瓶中所有的液体蒸发、结晶、烘干，称得氯化钠固体11.7g．则该样品的纯度为97.6%．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根据实验原理2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O，要测定氧气的量，必须先除去二氧化碳、氯化氢气体等，再根据实验装置图即可得出答案；
（2）根据二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水进行分析；
（3）根据二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，可利用此现象鉴别二氧化碳；
（4）先求出氧气的质量，再根据化学方程式中氧气与过碳酸钠的质量关系，即可列比例求解出样品中的过碳酸钠的质量，那么样品的质量就应该大于这个质量；
Ⅱ．理论上可以根据生成二氧化碳的量求样品纯度，但是实际上难以通过实验测得纯净的二氧化碳的质量，因为反应前后装置②的质量差中还包括氯化氢和水蒸气的质量；所以难以求解；
Ⅲ．根据化学方程式中氯化钠与过碳酸钠的质量关系，即可列比例求解样品中的过碳酸钠的质量．

解答 解：Ⅰ．（1）装置④和⑤在实验中共同的作用是：测定生成的氧气体积；
（2）装置②中浓氢氧化钠的作用是除去二氧化碳和氯化氢气体，化学方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；
（3）装置③中澄清石灰水的作用是验证二氧化碳是否被除尽；
（4）设收集到的氧气的体积为0.25L，需要过碳酸钠的质量为x，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244                     32
   x                  0.25L×1.28g/L
$\frac{244}{x}$=$\frac{32}{0.25L×1.28g/L}$
x=2.44g
Ⅱ．测得二氧化碳的体积偏大，原因可能有：浓盐酸易挥发，产生的氯化氢气体被装置②吸收；二氧化碳气体逸出时带出的水蒸气在装置②中冷凝而被吸收；装置①、②内空气中的二氧化碳被装置②吸收；
Ⅲ．设样品中过碳酸钠的质量为y，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244          234   
   y           11.7g
$\frac{244}{y}$=$\frac{234}{11.7g}$
y=12.2g
该样品的纯度为：$\frac{12.2g}{12.5g}$×100%=97.6%．
故答案为：Ⅰ．（1）测定生成的氧气体积；
（2）CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；
（3）验证二氧化碳是否被除尽；
（4）2.44；
Ⅱ．ABC；
Ⅲ．97.6%．

点评 本题考查实验装置和混合物中样品纯度的计算．有关化学方程式的计算，要注意带入方程式计算的必须是实际参加反应或实际生成的物质质量，否则就会造成实验结果的偏大或偏小．