Question

6．某研究性学习小组为测定某Na₂CO₃样品的纯度（其中只含NaHCO₃杂质），选用如图所示的仪器装置进行实验（②装置未画全）．试回答有关问题：

实验一：测定Na₂CO₃样品中NaHCO₃分解放出CO₂体积：连接装置的正确顺序是⑦①③④⑤⑥
（1）写出加热时发生反应的化学方程式2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
（2）完成该实验尚缺的仪器是酒精灯（填名称）；产生气体从装置④的d进入，从装置⑤的b进入（填接口序号）．
实验二：测定上述实验完成后剩余固体与盐酸反应产生CO₂的体积．
（3）应将实验一的装置作哪些调整？将①装置换成②装置．
（4）当实验一加热至样品不再产生气体时，产生CO₂体积为a L（已换算成标况下的体积，下同），则样品中NaHCO₃的质量为7.5；实验二在加入盐酸至无气体产生时，生成CO₂体积为bL，则Na₂CO₃样品的纯度为$\frac{106（b-a）}{106b+62a}$×100%．
误差分析：
（5）有同学建议将⑤中的水改用饱和的NaHCO₃溶液，可以使测定结果更准确，请用平衡移动观点解释：因为CO₂与水反应，CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，NaHCO₃电离产生的HCO₃^-能使上述平衡逆移，减少了CO₂的损失，同学为何没建议改用Na₂CO₃饱和溶液？请用离子方程式说明原因：CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-．
（6）有同学发现在实验一读取CO₂体积时，⑥中液体的液面低于⑤中液体的液面，但未做任何处理，则a值偏小（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）．

Answer 1

分析 测定Na₂CO₃样品中的NaHCO₃分解放出的二氧化碳的体积，可将固体混合物放入试管中加热，生成的二氧化碳气体用排水法测量体积；
（1）某Na₂CO₃样品的纯度（其中只含NaHCO₃杂质），加热碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水；
（2）实验装置中需要酒精灯加热；气体流向在装置④中应从d进c出，装置⑤是排水量气需要短进长出，b进a出；
（3）测定Na₂CO₃样品中的NaHCO₃分解放出的二氧化碳的体积，可将固体混合物放入试管中加热，生成的二氧化碳气体用排水法测量体积；测定经实验一后的固体物质与盐酸反应放出二氧化碳的体积，应将固体放入试管中，将盐酸放入分液漏斗中，然后用排水法测量气体的体积；
（4）当实验一测得产生的二氧化碳为a L，当实验二测得产生的二氧化碳为bL，反应的相关方程式为，2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O，结合反应的方程式计算；
（5）二氧化碳与水反应生成弱电解质碳酸，碳酸能够部分电离出碳酸氢根离子，加入的碳酸氢钠能够抑制碳酸的电离，则减小了二氧化碳的损失；二氧化碳和碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠；
（6）⑥中液体的液面低于⑤中液体的液面，压强不平衡，待液面平衡后读取．

解答 解：（1）某Na₂CO₃样品的纯度（其中只含NaHCO₃杂质），加热碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，反应的化学方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
故答案为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O；
（2）反应应在加热条件下进行，实验中缺少酒精灯，实验装置中需要酒精灯加热；气体流向在装置④中应从d进c出，装置⑤是用排水法测量气体的体积时需要短进长出，b进a出，
故答案为：酒精灯；d；b；
（3）测定经实验一后的固体物质与盐酸反应放出二氧化碳的体积，应将固体放入试管中，将盐酸放入分液漏斗中，然后用排水法测量气体的体积，应将实验一连接装置的顺序调整为将①装置换成②装置，
故答案为；将①装置换成②装置；
（4）当实验一测得产生的二氧化碳为a L，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，
  2        1     1
  n     $\frac{a}{22.4}$mol  $\frac{a}{22.4}$mol
则：n=$\frac{a}{11.2}$mol，
则样品中NaHCO₃的质量为：$\frac{a}{11.2}$mol×84g/mol=7.5ag；
当实验二测得产生的二氧化碳为b L，二氧化碳的物质的量为：$\frac{b}{22.4}$mol，
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+CO₂↑+H₂O，
根据分析可知，原混合物中碳酸氢钠分解后生成的碳酸钠的物质的量为 $\frac{a}{22.4}$mol，
设原混合物中含有xmolNa₂CO₃，
则：$\frac{a}{22.4}$+x=$\frac{b}{22.4}$，
整理可得：y=$\frac{b}{22.4}$-$\frac{a}{22.4}$，
则样品中碳酸钠的质量为：106（$\frac{b}{22.4}$-$\frac{a}{22.4}$）g，NaHCO₃的质量为：84g/mol×$\frac{a}{11.2}$mol=7.5ag，
则样品中碳酸钠纯度的实验值为=$\frac{106（\frac{b}{22.4}-\frac{a}{22.4}）g}{106（\frac{b}{22.4}-\frac{a}{22.4}）g+7.5ag}$×100%=$\frac{106（b-a）}{106b+62a}$×100%，
故答案为：7.5ag；$\frac{106（b-a）}{106b+62a}$×100%；
（5）由于CO₂与水反应生成碳酸，碳酸能够电离出碳酸氢根离子和氢离子：CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，而NaHCO₃电离产生的HCO₃^-能使上述平衡向着逆向移动，减少了CO₂的损失；
不能将⑤中的水改用Na₂CO₃饱和溶液是因为二氧化碳和碳酸钠溶液反应生成碳酸氢钠，反应的离子方程式为：CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-，
故答案为：因为CO₂与水反应，CO₂+H₂O?H₂CO₃?HCO₃^-+H⁺，NaHCO₃电离产生的HCO₃^-能使上述平衡逆移，减少了CO₂的损失；CO₃^2-+CO₂+H₂O═2HCO₃^-；
（6）实验一读取CO₂体积时，⑥中液体的液面低于⑤中液体的液面，但未做任何处理，压强不平衡，待液面平衡后读取，此时读取a值偏小，故答案为：偏小．

点评 本题考查物质的含量测定，为高考常见题型，题目难度较大，明确实验目的为解答关键，试题侧重于学生的分析能力、实验能力和计算能力的考查，注意把握实验的原理和实验装置的连接顺序．