Question

12．現有一瓶含NaCl雜質的Na₂CO₃樣品，某同學設計了一種測定其純度的方法，裝置如圖1，其中A容器中盛有樣品10.0g，分液漏斗內盛有稀硫酸，B容器內為堿石灰固體．

（1）該同學重復操作了三次，每次操作均正確，且裝置不漏氣，可是結果數據出現了較大偏差（容器內反應均完全，裝置內空氣的影響忽略不計），請你分析可能的原因①A中產生的CO₂氣體未全部進入B；②CO₂中混有的少量水蒸氣進入B；③B吸收了空氣中的水蒸氣、CO₂．
（2）通過仔細分析，該同學重新設計了一套實驗裝置如圖3，請回答有關問題：
（可供選擇的試劑還有Zn片、濃硫酸、NaOH溶液、CaCO₃固體、蒸餾水）

①該套裝置未畫完整，請在你認為需要補充裝置的虛框內畫出合適的簡圖，并注明試劑．
②A裝置的廣口瓶中應加入的試劑是Zn片和蒸餾水；該裝置的作用是利用A中生成的H₂將C中的CO₂全部排入E中被堿石灰吸收．
③如果實驗后測得E裝置質量增重3.52g，則該Na₂CO₃試樣的純度為84.8%．
（3）測定該Na₂CO₃試樣純度的方法有多種，請你利用不同的反應原理再設計一套方案．
要求寫出實驗操作流程和試樣中Na₂CO₃純度的表達式．（試劑任選）
操作流程按下列圖4所示表述：

1操作流程為（圖5）：

②實驗時稱量樣品的質量為a克，所測物質的質量為b克，該試樣中Na₂CO₃純度的表達式為：$\frac{53b}{50a}$．

Answer 1

分析 （1）根據空氣中的二氧化碳和水也會與堿石灰反應，堿石灰會吸收水分和二氧化碳，以及裝置內的氣體也會使實驗產生誤差進行分析；
（2）①根據濃硫酸有吸水性，所以進入堿石灰之前，需要先用濃硫酸將水蒸氣吸收，還要防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入堿石灰中進行分析；
②根據題中所給的濃硫酸需要稀釋，實驗室用鋅和稀硫酸反應生成氫氣，氫氣可以將二氧化碳排出，減小實驗誤差進行分析；
③根據E裝置質量增重的3.52g就是二氧化碳的質量，然后利用化學方程式計算出碳酸鈉的質量，進而求出質量分數；
（3）①根據碳酸鈉和氯化鈣反應會生成碳酸鈣沉淀，通過沉淀的質量計算出碳酸鈉的質量，再求出質量分數；
②根據碳酸鈉和氯化鈣反應生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，結合題中的數據進行計算．

解答 解：（1）空氣中的二氧化碳和水也會與堿石灰反應，堿石灰會吸收水分和二氧化碳，以及裝置內的氣體也會使實驗產生誤差，所以結果數據出現了較大偏差，可能的原因是：①A中產生的CO₂氣體未全部進入B；②CO₂中混有的少量水蒸氣進入B；③B吸收了空氣中的水蒸氣、CO₂；
（2）①濃硫酸有吸水性，所以進入堿石灰之前，需要先用濃硫酸將水蒸氣吸收，還要防止空氣中的水蒸氣和二氧化碳進入堿石灰中，所以需要補充裝置的虛框內畫出合適的簡圖為：；
②題中所給的濃硫酸需要稀釋，實驗室用鋅和稀硫酸反應生成氫氣，氫氣可以將二氧化碳排出，減小實驗誤差，所以A裝置的廣口瓶中應加入的試劑是：Zn片和蒸餾水，該裝置的作用是：利用A中生成的H₂將C中的CO₂全部排入E中被堿石灰吸收；
③設參加反應的碳酸鈉的質量為x，
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                     44
  x                    3.52g
   $\frac{106}{x}$=$\frac{44}{3.52g}$
    x=8.48g
所以該Na₂CO₃試樣的純度為：$\frac{8.48g}{10g}$×100%=84.8%；
（3）①碳酸鈉和氯化鈣反應會生成碳酸鈣沉淀，通過沉淀的質量計算出碳酸鈉的質量，再求出質量分數，所以操作流程是：；
②實驗時稱量樣品的質量為a克，所測物質的質量為b克，所以碳酸鈣質量為b，設參加反應的碳酸鈉質量為y，所以
CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl
      106    100
       y       bg
     $\frac{106}{y}$=$\frac{100}{bg}$
     y=$\frac{53b}{50}$g
所以碳酸鈣的質量分數為：$\frac{\frac{53b}{50}g}{ag}$×100%=$\frac{53b}{50a}$．
故答案為：（1）①A中產生的CO₂氣體未全部進入B；②CO₂中混有的少量水蒸氣進入B；③B吸收了空氣中的水蒸氣、CO₂；
（2）①


②Zn片和蒸餾水，利用A中生成的H₂將C中的CO₂全部排入E中被堿石灰吸收；
③84.8%；
（3）①

②$\frac{53b}{50a}$．

點評 在解此類題時，首先分析題中考查的問題，然后結合學過的知識和題中所給的提示進行解答．