Question

某天然堿（純凈物）可看作是由CO₂和NaOH反應(yīng)后的產(chǎn)物所組成，其化學(xué)式為xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O．化學(xué)興趣小組為確定x、y、z的值進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)：取3.32g天然堿樣品于裝置Ⅰ或裝置Ⅱ中加熱至300℃，恒重后停止加熱；過濾沉淀，烘干稱重．

（1）按照上述實(shí)驗(yàn)過程，該化學(xué)興趣小組至少使用

 

次天平．
（2）將天然堿樣品加熱，冷卻至室溫，稱量其質(zhì)量為b₁g，再次加熱并冷卻至室溫稱量其質(zhì)量為b₂g，且b₁-b₂=0.3，接下來的操作應(yīng)當(dāng)是

 

．
（3）你認(rèn)為選擇

 

（填裝置Ⅰ或裝置Ⅱ）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)為佳．選擇的理由是

 

．
（4）有一學(xué)生在加熱過程中對(duì)剩余固體進(jìn)行多次稱重，（處理數(shù)據(jù)時(shí)已經(jīng)減去儀器質(zhì)量）并描出如圖2所示曲線：
①寫出t₁→t₂反應(yīng)的化學(xué)方程式：

 

．
②通過上述曲線確定天然堿樣品的化學(xué)式：

 

．

Answer 1

分析：（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、�?shí)驗(yàn)裝置分析實(shí)驗(yàn)步驟，判斷在實(shí)驗(yàn)過程中至少使用托盤天平的次數(shù)；
（2）給固體加熱分解的實(shí)驗(yàn)中，兩次稱量的質(zhì)量差必須小于0.1g，才算充分分解；
（3）裝置Ⅰ中的試管中會(huì)有殘留的二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致最后沉淀的二氧化碳的質(zhì)量減小，影響測定結(jié)果；
（4）①根據(jù)加熱xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O時(shí)結(jié)晶水先失去判斷t₁→t₂的反應(yīng)，并寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②根據(jù)圖象中水的質(zhì)量、碳酸氫鈉分解導(dǎo)致固體減少的質(zhì)量分別計(jì)算出水的物質(zhì)的量、碳酸氫鈉的物質(zhì)的量，再根據(jù)2.96g為碳酸氫鈉和碳酸鈉的質(zhì)量，而碳酸氫鈉的質(zhì)量已知，據(jù)此可以計(jì)算出碳酸鈉的物質(zhì)的量，最后根據(jù)三者物質(zhì)的量之比計(jì)算出天然堿樣品的化學(xué)式．

解答：解：（1）確定xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O中x、y、z的值，需要稱量的質(zhì)量有：加熱前固體質(zhì)量、稱量大試管的質(zhì)量、加熱后大試管和固體的質(zhì)量、澄清石灰水吸收二氧化碳之前質(zhì)量和之后的質(zhì)量，所以至少需要稱量5次，
故答案為：5；
（2）稱量其質(zhì)量為b₁g，再次加熱并冷卻至室溫稱量其質(zhì)量為b₂g，由于b₁-b₂=0.3＞0.1，必須滿足b₁-b₂＜0.1時(shí)才可以認(rèn)為固體完全分解，所以需要繼續(xù)加熱，
故答案為：繼續(xù)加熱；
（3）裝置Ⅰ中，由于試管中會(huì)有少量的二氧化碳?xì)怏w，造成測定的誤差較大，影響測定結(jié)果；而裝置Ⅱ使用空氣將分解產(chǎn)物驅(qū)趕到澄清石灰水中，測定結(jié)果較準(zhǔn)確，
故答案為：裝置Ⅱ；選用裝置Ⅰ會(huì)有少量CO₂仍留在試管中造成誤差大；
（4）①xNa₂CO₃?yNaHCO₃?zH₂O加熱時(shí)先失去結(jié)晶水，從開始加熱到t₁的過程為失去結(jié)晶水的過程；t₁→t₂反應(yīng)的過程為碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
故答案為：2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑或xNa₂CO₃?yNaHCO₃

△   .

（x+y/2）Na₂CO₃+y/2H₂O+y/2CO₂↑；
②根據(jù)圖象可知，結(jié)晶水的質(zhì)量為：3.32g-2.96g=0.36g，n（H₂O）=

0.36g

18g/mol

=0.02mol，
t₁→t₂反應(yīng)的過程中減少的質(zhì)量為碳酸氫鈉分解生成二氧化碳和水的質(zhì)量，減少的質(zhì)量為：2.96g-2.65g=0.31g，
根據(jù)反應(yīng)2NaHCO₃

△   .

Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑△m
        2mol                      62g      
        n                        0.31g     
碳酸氫鈉的物質(zhì)的量為：n（NaHCO₃）=

2mol×0.31g

62g

=0.01mol，2.96g固體中m（NaHCO₃）=84g/mol×0.01mol=0.84g，所以碳酸鈉的質(zhì)量為：2.96g-0.84g=2.12g，所以含有的碳酸鈉的物質(zhì)的量為：n（Na₂CO₃）=

2.12g

106g/mol

=0.02mol，故x：y：z=0.02：0.01：0.02=2：1：2，該天然堿樣品的化學(xué)式為：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O，
 故答案為：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O．

點(diǎn)評(píng)：本題考查了探究確定天然堿樣品的化學(xué)式的方法，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作能力．