Question

已知某纯碱试样中含有NaCl杂质，为测定试样中纯碱的质量分数，可用下图中的装置进行实验。

上所述主要步骤如下：

①按图组装仪器，并检查装置的气密性

②将ag试样放入锥形瓶中，加适量蒸馏水溶解，得到试样溶液

③称量盛有碱石灰的U型管的质量，得到bg

④从分液漏斗滴入6mol·L^－1的硫酸，直到不再产生气体时为止

⑤从导管A处缓缓鼓入一定量的空气

⑥再次称量盛有碱石灰的U型管的质量，得到cg

⑦重复步骤⑤和⑥的操作，直到U型管的质量基本不变，为dg

请填空和回答问题：

（1）在用托盘天平称量样品时，如果天平的指针向左偏转，说明                 。

（2）装置中干燥管B的作用是                 。

（3）如果将分液漏斗中的疏酸接成浓度相同的盐酸，测试的结果      （填偏高、偏低可不变）。

（4）步骤⑤的目的是                              。

（5）步骤⑦的目的是                              。

（6）该试样中纯碱的质量分数的计算式为                 。

（7）还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数。请简述一种不同的实验方法。

Answer 1

（1）样品重，砝码轻。（2）防止空气中的CO₂和水气进入U型管中。（3）偏高

（4）把反应产生的CO₂全部导入U型管中

（5）判断反应产生的CO₂是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收

（6） [106（d－b）/44a]×100%   （7）Na₂CO₃能与BaCl₂反应而NaCl不会，因此选用BaCl₂作试剂、通过测定两者反应产生的碳酸钡的质量来确定碳酸钠的质量。

解析:

本实验目的是测定试样中纯碱的质量分数。实验时，采用测定碳酸钠与硫酸反应产生二氧化碳的质量来求算。根据实验目的和原理，实验过程应该准确测定样品的质量和二氧化碳的质量。样品的质量可以直接称量，但二氧化碳的质量则需通过间接称量。实验过程中，通过操作③和⑤来测定，其依据是碱石灰充分吸收二氧化碳，干燥管吸收二氧化碳前后的质量差即为二氧化碳的质量。由于该实验属于定量实验，应重复称重操作，以减小甚至避免误差。因此实验安排了操作⑦。

实验过程中，在称量时，天平的指针向左转，说明左盘重，根据“物左码右”的放置原则，因此样品重，砝码轻；由于空气中存在水蒸汽和二氧化碳，而该实验又是通过盛碱石灰的干燥管来吸收反应产生的二氧化碳，因此要避免空气的CO₂和水气的干扰而要安装B干燥管；实验采用硫酸与碳酸钠反应产生二氧化碳，如果改为盐酸，反应虽然可以发生，但由于盐酸会挥发，HCl进入干燥管被吸收，将导致干燥管增重，因此实验结果将偏高；由于装置体系中各容器有较大的空间，会滞留部分二氧化碳，给测量带来影响，因此要在A处缓缓鼓入一定量的空气，将滞留在各容器中的CO₂排出，全部导入U型管中；安排操作⑦的目的在于判断反应产生的CO₂是否全部排出，并被U型管中的碱石灰吸收；由步骤③和⑤可知，产生二氧化碳的质量为（d-b）g，根据化学方程式可知，碳酸钠的质量分数为106（d-b）/44a×100%。

问题（7）要求重新设计实验方案。作为定量实验方案的设计，解答的关键在于根据实验目的和实验原理确定实验过程中的“可测量”（即能够通过实验可以测定的量——常见的可测量为物质的质量或体积）。题目已经给出了实验目的，由于碳酸钠和氯化钠存在很多方面的性质差异，解答时就可以根据它们性质的差异来确定实验原理和测量方法。例如，Na₂CO₃能与BaCl₂反应而NaCl不会，因此选用BaCl₂作试剂、通过测定两者反应产生的碳酸钡的质量来确定碳酸钠的质量。