Question

9．化学小组设计以下实验方案，测定某部分变质为碳酸钠的小苏打样品中NaHCO₃的质量分数．
（1）方案一：称取一定质量样品，置于仪器a中用酒精灯加热至恒重，冷却，用托盘天平称量剩余固体质量．重复操作，计算．仪器a的名称是坩埚；其中发生反应的化学方程式为2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑．实验中为保证NaHCO₃分解完全需加热至恒重，判断方法是两次称量的误差不超过0.1g为止．
（2）方案二：称取一定质量样品，置于小烧杯中，加适量水溶解；向小烧杯中加入足量Ba（OH）₂溶液，待沉淀后，过滤，洗涤，干燥，称量固体质量，计算．
写出NaHCO₃与足量Ba（OH）₂溶液反应的离子方程式HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O；实验中判断沉淀是否完全的方法是取上层清液少许于试管中，加入氢氧化钡溶液，若无沉淀生成，则沉淀完全．过滤操作中，除烧杯、漏斗外，还要用到的玻璃仪器为玻璃棒．
（3）方案三：称取一定质量样品，按如图装置进行实验：

B装置内所盛试剂是浓硫酸；D装置的作用是防止空气中的水蒸气、二氧化碳进入C装置．
实验前称取17.9g样品，实验后测得C装置增重8.8g，则样品中NaHCO₃的质量分数为70.4%．
某同学认为上述测定结果偏低（填“偏高”或“偏低”），因为实验装置还存在一个明显的缺陷是缺少一套将A、B装置内的CO₂气体驱赶到C装置中的装置．

Answer 1

分析 （1）[方案一]固体加热灼烧需要在坩埚中进行，碳酸氢钠不稳定，受热易分解，根据加热前后固体质量变化，根据差量法求碳酸氢钠的质量，进而求得碳酸钠的质量分数；
碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳；加热恒重保证碳酸氢钠完全分解；
（2）[方案二]碳酸钠和碳酸氢钠都和氢氧化钡反应生成碳酸钡沉淀，根据生成沉淀的质量来计算碳酸钠的质量分数．
碳酸氢钠和足量氢氧化钡混合反应，碳酸氢钠全部反应，化学式钱系数为1，据此配平书写离子方程式，可取上层清液，继续加沉淀剂，看是否生成沉淀；过滤操作考虑所需仪器；
（3）[方案三]由测定含量的实验可知，A中发生Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑，B中为浓硫酸吸收水，干燥二氧化碳，利用C装置吸收二氧化碳，D装置防止空气中的二氧化碳、水进入C装置干扰含量测定，
结合反应定量关系和元素守恒计算得到物质的质量，来计算物质含量；
二氧化碳气体不能全部进入C装置被吸收，需要添加一个装置二氧化碳气体赶入装置C的装置．

解答 解：（1）[方案一]称取一定质量样品，置于仪器a中用酒精灯加热至恒重，冷却，用托盘天平称量剩余固体质量．重复操作，计算．仪器a的名称是坩埚，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，反应方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，实验中为保证NaHCO₃分解完全需加热至恒重判断方法是两次称量的误差不超过0.1g为止，
故答案为：坩埚；2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；两次称量的误差不超过0.1g为止；
（2）[方案二]碳酸氢钠和足量氢氧化钡混合反应，碳酸氢钠全部反应，化学式钱系数为1，据此配平书写离子方程式为：HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O，实验中判断沉淀是否完全的方法是：可取上层清液，继续加沉淀剂，看是否生成沉淀，具体操作为：取上层清液少许于试管中，加入氢氧化钡溶液，若无沉淀生成，则沉淀完全，过滤时需用玻璃棒引流，
故答案为：HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=BaCO₃↓+H₂O；取上层清液少许于试管中，加入氢氧化钡溶液，若无沉淀生成，则沉淀完全；玻璃棒；
（3）[方案三]B中为浓硫酸吸收水，干燥二氧化碳，空气中的水蒸气和二氧化碳会被碱石灰吸收，故D的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，以确保C装置中质量增加量的准确性，
设Na₂CO₃和NaHCO₃的物质的量分别为x、y，则
Na₂CO₃+H₂SO₄=H₂O+CO₂↑+Na₂SO₄、
 1                                 1
x                                 x
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑
  2                                                  2
  y                                                  y
106x+84y=17.90
44x+44y=8.80
解得x=0.05mol
y=0.15mol
则样品中NaHCO₃的质量分数为=$\frac{0.15mol×84g/mol}{17.9g}$×100%=70.4%，
实验装置还存在一个明显缺陷为装置中的二氧化碳不能被C全部吸收，导致测定二氧化碳足量减小，计算得到碳酸氢钠的物质的量减小，测定结果偏低，所以需设计一个装置将A、B中的CO₂全部吹入C中吸收，
故答案为：浓硫酸；防止空气中的水蒸气、二氧化碳进入C装置；70.4%；偏低；缺少一套将A、B装置内的CO₂气体驱赶到C装置中的装置．

点评 本题考查碳酸钠含量的测定实验，为高频考点，把握实验装置的作用及实验目的为解答的关键，侧重分析、计算及实验能力的综合考查，题目难度中等．