Question

我国青海湖采集的天然碱样品可表示为aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O（a、b、c为最简整数比）．小红同学为测定其组成，称取该天然碱样品16.6g进行如下实验：

已知：碳酸钠比较稳定，加热时不分解；2NaHCO₃ Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
图中B处为两个单向阀：推注射器时A₁关闭，A₂处打开；拉注射器时，A₁打开进空气，A₂关闭．
（一）实验步骤 ①组装好装置，检查气密性 ②反复推拉注射器 ③称量E、F的质量 ④关闭弹簧夹，加热D处试管直到反应不再进行 ⑤打开弹簧夹，再次反复缓缓推拉注射器 ⑥再次称量E、F的质量．
（二）问题探究：
（1）E中的药品为______，E的作用是______．C、F、G中装有碱石灰（生石灰与烧碱的固体混合物），则C的作用是______，
F的作用是______，G的作用是______．
（2）实验步骤②与③能否颠倒______（填“能”或“不能”）．若不进行步骤⑤的操作，则所测得的碳酸氢钠质量______（填“偏大”、“偏小”、“无影响”），该操作中推注射器时缓缓的目的是______；
若没有G装置，则碳酸氢钠的质量______（填“偏大”、“偏小”、“无影响”）．

反应前	反应后
E的质量为100.0g	E的质量为102.25g
F的质量为50.0g	F的质量为51.1g

（3）据右表回答下列问题：
①碳酸氢钠分解生成二氧化碳的质量为______g，
②碳酸氢钠的质量为______g
③结晶水的质量为______g
④Na₂CO₃的质量为______g，
⑤该天然碱的化学式中a：b：c=______．

Answer

根据整个组合装置及步骤分析每个装置及每步操作的目的，要测定物质组成，通过组合装置需测出加热时产生的二氧化碳及水的质量，空气中含有水蒸气和二氧化碳，在加热前要除去，生成的二氧化碳能残存在装置内，应全部排到F装置内吸收．还应注意不能让空气中的二氧化碳和水进入装置F中影响测量结果．
【解析】
（1）分析整个装置，结合实验步骤，组装好装置，检查气密性之后反复推拉注射器是为了将装置内的二氧化碳和水蒸气全部排出，在气体进入D装置之前需除去空气中的二氧化碳和水蒸气，用除去这二者的剩余空气将D装置以后的整套装置中的空气排出，故C的碱石灰的作用是除去空气中的二氧化碳和水蒸气；固体受热碳酸氢钠分解产生水蒸气和二氧化碳，要先通过浓硫酸吸收水蒸气，然后再通过碱石灰吸收二氧化碳，故E中盛浓硫酸来吸收水分，F中碱石灰是吸收生成的二氧化碳；为防止空气中二氧化碳和水分进入F装置使测量结果偏大，故连接G装置吸收空气中的二氧化碳和水分．
（2）实验步骤②与③不能颠倒，步骤②③是将装置内的空气完全被EF吸收，然后称量EF的质量，这样第一次称重就包含了装置内的二氧化碳和水．当反应结束后再次称重EF，两次的差值就是生成的二氧化碳和水．若②与③颠倒，则第一次称重不包含中装置内的二氧化碳和水，而第二次称重包括了装置内原有的二氧化碳和水，同时还包括新生成的二氧化碳和水，这样的两次差值就大于实际生成的二氧化碳和水，导致计算结果偏大．  若不进行步骤⑤，则生成的二氧化碳和水蒸气会残存在装置内，使结果偏小；所以该步操作的目的是使生成的二氧化碳和水蒸气吸收充分；若没有G装置，则空气中的二氧化碳和水蒸气会进入F装置，使结果偏大．
（3）E中增重的质量为水的质量，F中增重的质量为生成的二氧化碳的质量，根据表中数据可知碳酸氢钠分解产生二氧化碳的质量为1.1g，根据二氧化碳的质量可求出碳酸氢钠的质量和碳酸氢钠分解生成的水的质量，用总水量减去生成的水的质量就是原物质中结晶水的质量，用物质的总质量减去碳酸氢钠和结晶水的质量就是碳酸钠的质量，进而可求出系数比．
根据表中数据，二氧化碳的质量为1.1g，原物质中的结晶水和生成的水质量和为2.25g，
设碳酸氢钠的质量为x，生成的水的质量为y，
2NaHCO3 Na2CO3+CO2↑+H2O
168                44    18
x                 1.1g   y
==    x=4.2g   y=0.45g
故结晶水的质量为2.25g-0.45g=1.8g
原物质中碳酸钠的质量为16.6g-4.2g-1.8g=10.6g
所以a：b：c=：：=2：1：2
故答案为：
（1）浓硫酸（浓H2SO4），吸收水蒸气． 除去空气中的二氧化碳、水蒸气等杂质气体，
  吸收二氧化碳，防止空气中的二氧化碳和水蒸气等杂质气体进入到F中，影响二氧化碳质量的测定．
（2）不能．偏小；使生成的二氧化碳、水蒸气吸收充分；
  偏大
（3）①1.1
②4.2
③1.8
④10.6
⑤2：1：2．