Question

12．某研究性學習小組的同學在一次探究活動中，對一份純堿樣品（含有少量氯化鈉）的純度進行測定，請你參與并回答有關問題．

（1）甲同學進行如下操作：
①組裝好如圖儀器，并檢查裝置的氣密性；
②取6.0g試樣放入錐形瓶中，加入少量蒸餾水溶解，并在其他裝置中加入相應的藥品；
③稱量盛有新制澄清石灰水的裝置C的質量；
④打開分液漏斗旋塞滴入鹽酸，直到不再產(chǎn)生氣泡為止；
⑤再次稱量裝置C 的總質量；
⑥計算出樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)．
（2）圖B裝置的作用是干燥CO₂氣體； D裝置的作用是吸收空氣中的CO₂和H₂O（水蒸氣），防止它們進入C裝置中，出現(xiàn)誤差．
【意外發(fā)現(xiàn)】C瓶中石灰水沒有變渾濁，同學們感到驚奇并產(chǎn)生了探究的欲望．
【提出猜想】原因猜想：
①是生成的氣體中混有鹽酸揮發(fā)出來的HCl；
②是生成的氣體流速太快，與石灰水反應產(chǎn)生了可溶性物質[經(jīng)查資料分析可溶性物質是Ca（HCO₃）₂，它能與酸反應生成CO₂等物質]．
【實驗探究】
甲同學取少量實驗后C瓶溶液于試管中，向其中依次滴加足量稀HNO₃和AgNO₃溶液，無氣泡但有沉淀產(chǎn)生．據(jù)此判斷只有猜想①（填“①”或“②”）成立．
【交流討論】
對于如何改進實驗，乙同學認為：應將鹽酸換成稀硫酸，新制的澄清石灰水換成足量NaOH溶液；丙同學認為：應在裝置A和B中間插入一個盛有飽和NaHCO₃溶液的洗氣裝置以吸收HCl（CO₂不溶于飽和NaHCO₃溶液，也不與其反應），并將新制的澄清石灰水換成足量NaOH溶液．
大家討論后認為：乙同學的方案可行而丙同學的方案不可行．
【請你評價】
丙同學方案不可行的原因是NaHCO₃飽和溶液吸收HCl時產(chǎn)生CO₂，導致盛有NaOH溶液的洗氣瓶質量增重偏大，造成誤差．
【教師點撥】
即便換成稀硫酸和NaOH溶液，反應前后裝置中存在的CO₂也會使測定出的樣品純度不準確．
【請你改進】
在上述基礎上，你的措施是兩次稱量前，均向整套裝置中鼓入經(jīng)NaOH溶液洗滌過的空氣，目的是排盡裝置中原有空氣和反應后殘留的CO₂，且稱量時C裝置兩端及B裝置的出口封閉．
同學們?nèi)苑Q取6.0g試樣，用改進完善后的方案重新實驗．
【數(shù)據(jù)處理】
裝置C實驗前后兩次稱量的質量差為2.2g，則樣品的純度為88.3%．（列出計算過程）
【實驗反思】
若不用上述方法，而用生成沉淀的方法來測定試樣中純堿的質量分數(shù)，可選用的試劑是BaCl₂或CaCl₂溶液．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)實驗制取氣體首先要裝置的氣密性進行解答；
（2）根據(jù)濃硫酸具有吸水性進行解答； 根據(jù)D裝置的作用是吸收空氣中的CO₂和H₂O（水蒸氣），防止它們進入C裝置中，出現(xiàn)誤差進行解答；
【實驗探究】根據(jù)滴加足量稀HNO₃和AgNO₃溶液，無氣泡但有沉淀產(chǎn)生，說明有氯化銀生成，從而證明溶液中有氯離子存在進行解答；
【請你評價】根據(jù)NaHCO₃飽和溶液吸收HCl時產(chǎn)生CO₂，導致盛有NaOH溶液的洗氣瓶質量增重偏大，造成誤差進行解答；
【請你改進】根據(jù)原來裝置內(nèi)空氣中存有二氧化碳氣體，而使得計算結果不準確進行解答；
【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)裝置C實驗前后兩次稱量的質量差為二氧化碳的質量可以求出碳酸鈉的質量從而求出樣品的純度進行解答；
【實驗反思】根據(jù)碳酸鈉和氯化鋇或氯化鈣反應生成碳酸鋇沉淀或碳酸鈣沉淀而不和氯化鈉反應進行解答．

解答 解：（1）實驗制取氣體首先要裝置的氣密性，所以組裝好如圖儀器，并檢查裝置的氣密性；
（2）濃硫酸具有吸水性，圖B裝置的作用是干燥CO₂氣體； D裝置的作用是吸收空氣中的CO₂和H₂O（水蒸氣），防止它們進入C裝置中，出現(xiàn)誤差；
【實驗探究】滴加足量稀HNO₃和AgNO₃溶液，無氣泡但有沉淀產(chǎn)生，說明有氯化銀生成，從而證明溶液中有氯離子存在，說明生成的氣體中混有鹽酸揮發(fā)出來的HCl和碳酸鈣反應生成氯化鈣，所以①成立；
【請你評價】NaHCO₃飽和溶液吸收HCl時產(chǎn)生CO₂，導致盛有NaOH溶液的洗氣瓶質量增重偏大，造成誤差，所以丙同學方案不可行；
【請你改進】原來裝置內(nèi)空氣中存有二氧化碳氣體，而使得計算結果不準確，改進措施：兩次稱量前，均向整套裝置中鼓入經(jīng)NaOH溶液洗滌過的空氣，目的是排盡裝置中原有空氣和反應后殘留的CO₂，且稱量時C裝置兩端及B裝置的出口封閉；
【數(shù)據(jù)處理】裝置C實驗前后兩次稱量的質量差為二氧化碳的質量，設碳酸鈉的質量為x．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                   44
x                     2.2g
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{2.2g}$
x=5.3g
樣品中碳酸鈉的質量分數(shù)=$\frac{5.3g}{6.0g}$×100%=88.3%
答：樣品的純度為88.3%．
【實驗反思】碳酸鈉和氯化鋇或氯化鈣反應生成碳酸鋇沉淀或碳酸鈣沉淀而不和氯化鈉反應，若不用上述方法，而用生成沉淀的方法來測定試樣中純堿的質量分數(shù)，可選用的試劑是BaCl₂或CaCl₂溶液．
故答案為：（1）裝置的氣密性；
（2）干燥CO₂氣體；
吸收空氣中的CO₂和H₂O（水蒸氣），防止它們進入C裝置中，出現(xiàn)誤差；
【實驗探究】①；
【請你評價】NaHCO₃飽和溶液吸收HCl時產(chǎn)生CO₂，導致盛有NaOH溶液的洗氣瓶質量增重偏大，造成誤差；
【請你改進】兩次稱量前，均向整套裝置中鼓入經(jīng)NaOH溶液洗滌過的空氣，目的是排盡裝置中原有空氣和反應后殘留的CO₂，且稱量時C裝置兩端及B裝置的出口封閉；
【數(shù)據(jù)處理】88.3%；
【實驗反思】BaCl₂或CaCl₂溶液．

點評 此題是一道實驗探究綜合題，充分的展示了化學知識的方方面面，該題綜合性強難度較大，對訓練學生良好地思維品質以及知識的嚴密性有較好的幫助．