Question

小刚、小军、小红对一久置的NaOH白色粉末的成分进行探究并测定其成分的含量．
一、成分的确定
三位同学都作出以下的猜想：
①可能是NaOH；②可能是Na₂CO₃；③可能是NaOH与Na₂CO₃的混合物．做出②③猜想的依据是

 

（用化学方程式表示）
为了验证①②③猜想，他们分别做了下面的实验．
（1）小刚取少量白色粉末于试管中，再滴加稀HCl，有气泡产生，由此可推出白色粉末中一定含有

 

，肯定猜想

 

（填序号）是错误的．
（2）小军又取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加酚酞试液，溶液变为红色．由此小军结合小刚的实验，认为猜想③是正确的．小红却认为小军的所得结论不确切，因为

 

．
（3）为探究白色粉末是否含有NaOH，小红设计了如下实验方案：

①沉淀B的化学式为

 

．
②在操作1中要用到玻璃棒，其作用是

 

；在操作2中，除要用到铁架台（带铁圈）、烧杯、滤纸、玻璃棒外，还需补充的玻璃仪器是

 

．
③小刚认为小红的这个方案也有问题，理由是

 

．但只要稍加改进，就可以证明粉末中还含有NaOH，则小刚改进的方法是

 

．
小刚对小红的实验作了正确的改进后进行了实验，实验现象和小红的一致，由此确定猜想③是正确的．
二、各成分含量的测定
三位同学利用电子天平共同作了以下测定实验．

实验数据记录如下：

称   量   项   目	称   量  时 间	质量（g）
试样		10.00
装置+稀硫酸质量		241.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后15秒	249.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后35秒	249.00
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后55秒	249.00

（1）写出锥形瓶中发生反应化学方程式：

 

；

 

．
（2）试通过分析表中数据计算出试样中各成份的质量分数．
三、实验反思
有同学提出按上述实验所测得试样中Na₂CO₃质量分数会偏小，该同学的理由是（实验操作均正确）：

 

．

Answer 1

分析：根据题设条件，按步分析，逻辑推理，层层推进，“对号入座”，得出结论．
解题时注意：（1）思维过程展示注意逻辑性；（2）发散性结论（几种可能组合）按序排列分析，防止遗漏或重复；（3）表述要清楚．

解答：解：一、成分的确定
由于久置的氢氧化钠可能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水，该反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．因此能作出题干中的三种猜想．
（1）由于碳酸钠与稀盐酸反应时有气泡产生，因此向固体中加入稀盐酸，若观察到有气泡产生，就能说明固体中含有碳酸钠．若固体中含有碳酸钠，就能说明猜想①是错误的．
（2）溶液中存在Na₂CO₃也会使酚酞变红，因此无色酚酞试液变红时，不能说明一定含有氢氧化钠．说明小军的结论不确切，甚至有可能是错误的．
（3）向白色粉末中加水，粉末会溶解，为加速溶解，可以用玻璃棒搅拌，从而得到溶液A．因此操作1是溶解，在该操作中玻璃棒所起的作用是“搅拌，加速溶解”．
向溶液A中加入澄清石灰水至完全反应后，经操作2得到了沉淀B和溶液C，符合过滤操作的特点，因此操作2是过滤．在过滤操作中除了需要题干中提供的仪器外，还需要漏斗．
由于粉末中的物质至多有氢氧化钠和碳酸钠，其中氢氧化钠与石灰水不反应，碳酸钠能与石灰水反应生成白色沉淀碳酸钙，因此通过这一操作和现象，可以确定粉末中一定含有碳酸钠，沉淀B一定是碳酸钙．碳酸钙的化学式为CaCO₃．
由于Na₂CO₃与Ca（OH）₂反应后也有NaOH生成，因此这个方案不能证明白色粉末中是否含有NaOH．
改进方案：将滴加澄清石灰水改为过量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）即可．
二、各成分含量的确定
（1）通过以上的分析可知：白色粉末中含有氢氧化钠和碳酸钠．
稀硫酸与氢氧化钠反应生成硫酸钠和水．
该反应的化学方程式为：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O．
稀硫酸与碳酸钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳．
该反应的化学方程式为：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）设样品中碳酸钠的质量分数为x．
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                    44
10.00g×x-----241.20g+10.00g-249.00g=2.20g

106

44

=

10.00g×x

2.20g

，
x=53%
样品中NaOH的质量分数为1-53%=47%
【实验反思】CO₂密度比空气大，会有CO₂残留在装置中，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小（或浓硫酸会吸收空气中的水分，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小）．
故答案为：
一、成分的确定
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（1）Na₂CO₃①
（2）溶液中存在Na₂CO₃也会使酚酞变红
（3）①CaCO₃
②搅拌，加速溶解；漏斗
③Na₂CO₃与Ca（OH）₂反应后也有NaOH生成
改进方案：将滴加澄清石灰水改为过量的CaCl₂【或Ba（NO₃）₂或Ca（NO₃）₂或BaCl₂】即可．
二、各成分含量的确定
（1）方程式为2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
（2）样品中Na₂CO₃53%，NaOH占47%
【实验反思】CO₂密度比空气大，会有CO₂残留在装置中，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小（或浓硫酸会吸收空气中的水分，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小）

点评：本题主要考查利用氢氧化钠和碳酸钠的化学性质确定久置的氢氧化钠的成分、利用浓稀硫酸的性质计算久置氢氧化钠中各成分的质量分数，难度较大．