Question

14．某學(xué)校化學(xué)興趣小組從文獻(xiàn)資料上獲得如下信息：NaHCO₃在潮濕的空氣中會(huì)緩慢分解成Na₂CO₃、H₂O和CO₂．為了驗(yàn)證這一信息，該科研小組將一瓶在潮濕空氣中久置的NaHCO₃樣品混合均勻后，進(jìn)行如下探究：

【探究目的】實(shí)驗(yàn)測(cè)定樣品中NaHCO₃、Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比
【探究思路】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量有關(guān)反應(yīng)物和生成物的量，并通過(guò)計(jì)算確定樣品中NaHCO₃、Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比
【實(shí)驗(yàn)探究】
方案甲：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示．將一定質(zhì)量的混合物樣品加入錐形瓶中，通過(guò)分液漏斗加入一定體積的稀硫酸充分反應(yīng)，在用針筒收集并確定生成氣體體積（忽略針筒管壁間的摩擦）．
（1）充分反應(yīng)后，針筒中氣體讀數(shù)為V mL，則反應(yīng)中生成的CO₂氣體體積＞V mL（填“=、＜或＞”）．
（2）有同學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果提出異議，認(rèn)為圖1裝置會(huì)導(dǎo)致較大的實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)該用圖2裝置，則導(dǎo)氣管A的作用是平衡分液漏斗內(nèi)和錐形瓶中氣體壓強(qiáng)，使得溶液可以順利流下、防止稀硫酸的體積對(duì)CO₂體積測(cè)量造成的誤差．
【結(jié)果處理】錐形瓶中放有樣品 3.58g，向錐形瓶中滴入一定量的稀硫酸，生成的氣體體積（已換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下）與加入稀硫酸的體積關(guān)系如圖所示
（3）樣品中NaHCO₃、Na₂CO₃的物質(zhì)的量之比3：1
（4）實(shí)驗(yàn)所用硫酸的物質(zhì)的量濃度是1mol/L
方案乙：某同學(xué)設(shè)計(jì)了另一種方案，其操作
（5）在一個(gè)質(zhì)量為ag的蒸發(fā)皿中加入一些樣品，稱得總質(zhì)量為bg．用酒精燈對(duì)其充分加熱，冷卻后稱得其總質(zhì)量為cg．殘留在蒸發(fā)皿中的固體是（填化學(xué)式）Na₂CO₃樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{168（b-c）}{62（b-a）}$×100%（用含字母的代數(shù)式表示）．

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)探究】：（1）錐形瓶中有生成的二氧化碳?xì)怏w；
（2）導(dǎo)氣管A的作用是平衡壓強(qiáng)使液體順利流下；
【結(jié)果處理】：（3）根據(jù)圖象及反應(yīng)方程式計(jì)算出硫酸的物質(zhì)的量濃度；
（4）設(shè)出二者物質(zhì)的量，然后根據(jù)生成的總的二氧化碳的物質(zhì)的量及碳酸氫鈉和碳酸鈉的質(zhì)量列式計(jì)算即可；
（5）碳酸氫鈉加熱分解生成碳酸鈉、二氧化碳?xì)怏w和水，據(jù)此判斷殘留在蒸發(fā)皿中的固體；碳酸氫鈉加熱分解生成碳酸鈉、二氧化碳?xì)怏w和水，書寫化學(xué)方程式；根據(jù)差量法計(jì)算出樣品中碳酸氫鈉的質(zhì)量、碳酸氫鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)探究】：（1）錐形瓶中有生成的二氧化碳?xì)怏w，充分反應(yīng)后，針筒中氣體讀數(shù)為V mL，則反應(yīng)中生成的CO₂氣體體積＞Vml，
故答案為：＞；
（2）導(dǎo)氣管A的作用是平衡分液漏斗內(nèi)和錐形瓶中氣體壓強(qiáng)，使得溶液可以順利流下、防止稀硫酸的體積對(duì)CO₂體積測(cè)量造成的誤差，
故答案為：平衡分液漏斗內(nèi)和錐形瓶中氣體壓強(qiáng)，使得溶液可以順利流下、防止稀硫酸的體積對(duì)CO₂體積測(cè)量造成的誤差；
【結(jié)果處理】：（3）設(shè)碳酸氫鈉物質(zhì)的量為xmol，碳酸鈉物質(zhì)的量為y，由圖象可知，消耗硫酸20mL，生成標(biāo)況下的二氧化碳體積896mL，二氧化碳的物質(zhì)的量為：$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，
根據(jù)二氧化碳物質(zhì)的量列式：x+y=0.04，
根據(jù)質(zhì)量關(guān)系列式：84x+106y=3.58
解得：x=0.03，y=0.01，
x：y=0.03：0.01=3：1，
故答案為：3：1；
（4）設(shè)硫酸溶液的體積為濃度為xmol/L，由圖象可知，消耗硫酸20mL，生成標(biāo)況下的二氧化碳體積896mL，二氧化碳的物質(zhì)的量為：$\frac{0.896L}{22.4L/mol}$=0.04mol，
根據(jù)反應(yīng)：HCO₃^-+H⁺=H₂O+CO₂
                          1mol        1mol
                     2x×0.02        0.04
列式：1mol×0.04=2x×0.02×1mol
解得x=1mol/L，
故答案為：1mol/L；
（5）碳酸氫鈉加熱發(fā)生的反應(yīng)方程式為：2NaHO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，所以殘留在蒸發(fā)皿中的固體為碳酸鈉，
根據(jù)差量法：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O△m
                              168                                          62
               m（NaHCO₃）                                      （b-c）g
樣品中含有碳酸氫鈉的質(zhì)量為：m（NaHCO₃）=$\frac{168（b-c）}{62}$g，此樣品中NaHCO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{\frac{168（b-c）}{62}g}{（b-a）g}$×100%=$\frac{168（b-c）}{62（b-a）}$×100%
故答案為：Na₂CO₃；$\frac{168（b-c）}{62（b-a）}$×100%．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，正確理解題干信息為解答關(guān)鍵，注意掌握物質(zhì)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)原則，試題側(cè)重考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計(jì)算、化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>