Question

某學(xué)生用實(shí)驗(yàn)方法來分析碳酸鈉的純度。該同學(xué)設(shè)計(jì)出如圖②所示的實(shí)驗(yàn)裝置（各符號代表的儀器如圖①所示），其中A中盛有一定量的碳酸鈉樣品，分液漏斗內(nèi)盛裝稀硫酸，B內(nèi)為堿石灰固體。他利用堿石灰的增重求出純凈的碳酸鈉質(zhì)量，再求純度。重復(fù)正確操作3次，結(jié)果出現(xiàn)較大的偏差。

通過仔細(xì)分析，該同學(xué)重新設(shè)計(jì)了一套裝置（如下圖所示）（實(shí)驗(yàn)室可供選擇的試劑和藥品有鋅片、濃硫酸、氫氧化鈣溶液、碳酸鈣固體、蒸餾水）。

完成下列問題：
（1）請分析在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)較大偏差的原因：______________________________。
（2）在改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)中，A裝置分液漏斗中所盛的液體為__________,U形管內(nèi)盛有。在整套裝置中，A的作用是__________________________；D裝置中U形管內(nèi)盛有__________，D裝置在整套裝置中的作用是_____________________。
（3）該同學(xué)新設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)裝置（如上圖所示）是否完整？如果不完整，請畫出應(yīng)該補(bǔ)充的裝置簡圖，并在圖中標(biāo)明所用藥品或試劑。

Answer 1

（1）①U形管A中產(chǎn)生的CO₂不可能全部進(jìn)入U(xiǎn)形管B中；②U形管A中產(chǎn)生CO₂的同時(shí)還會帶出水蒸氣進(jìn)入U(xiǎn)形管B中；③空氣中的CO₂和水蒸氣會進(jìn)入U(xiǎn)形管B中。由于存在上述3種原因，堿石灰增重的質(zhì)量就不等于CO₂的質(zhì)量，因此在測量過程中將會出現(xiàn)較大的偏差
（2）稀硫酸 鋅片 產(chǎn)生氫氣，把B裝置中產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w全部通入后面裝置中，確保二氧化碳被
充分吸收 堿石灰 吸收空氣中的CO₂和H₂O，避免進(jìn)入裝置C中
（3）不夠完整。必須在裝置B、C之間加入一個(gè)干燥裝置（如圖所示）

本題的實(shí)驗(yàn)原理很簡單：讓待測的碳酸鈉樣品與硫酸反應(yīng)，用堿石灰吸收反應(yīng)產(chǎn)生的氣體，通過稱量吸收裝置的質(zhì)量確定反應(yīng)放出的CO₂的量，進(jìn)而求得碳酸鈉的質(zhì)量和純度。原理雖然很簡單，但實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)過程中必須排除水蒸氣、空氣等因素的干擾。
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)前，裝置僅由二氧化碳產(chǎn)生裝置A以及二氧化碳吸收裝置B組成，僅從實(shí)驗(yàn)原理的角度來看是可行的。結(jié)合實(shí)驗(yàn)操作實(shí)際，就會發(fā)現(xiàn)如下問題：（1）裝置A中留住部分CO₂；（2）產(chǎn)生CO₂的同時(shí)，必然會帶出水蒸氣；（3）吸收裝置B的導(dǎo)管直接暴露在空氣中，會吸收空氣中的CO₂、水蒸氣。由于這些因素的存在，測量過程中必將出現(xiàn)較大的偏差。
正是由于存在上述問題，因此實(shí)驗(yàn)裝置必須進(jìn)行改進(jìn)。結(jié)合上面分析，很容易推斷出改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)裝置中盛放的藥品和它們對應(yīng)的作用，其中B是二氧化碳的發(fā)生裝置（碳酸鈉樣品和硫酸反應(yīng)），而裝置A的作用就是把裝置B產(chǎn)生的二氧化碳全部排出以利于充分吸收，裝置D的作用是避免空氣帶來的實(shí)驗(yàn)干擾（即避免空氣中的CO₂和水蒸氣被吸收二氧化碳的裝置C所吸收），裝置C的作用顯然是吸收二氧化碳。明確裝置的作用，就可確定各裝置所裝的藥品，其中A中的藥品為稀硫酸和鋅片，B中的藥品為稀硫酸和碳酸鈉樣品，C和D中的樣品均為堿石灰。
通過對上述實(shí)驗(yàn)原理的分析，可以發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后的裝置仍然存在問題：隨碳酸鈉與硫酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO₂帶出的水蒸氣沒有處理。因此還需對“改進(jìn)”了的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)一步改進(jìn)，即在B、C裝置之間再安裝一個(gè)吸收水蒸氣的裝置。