Question

某天然碱样品的组成可能为aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O（a、b、c为正整数）。为确定其组成，某小组进行如下实验：

（1）定性实验

①取少量天然碱样品放入试管中，用酒精灯加热，在试管口有液体生成，该液体能使无水硫酸铜变蓝。___________（填“能”或“不能”）说明样品中含结晶水，试简述理由             ；

②请设计一个简单方案，确认样品中含有CO₃^2－                     。

（2）定量分析

该同学设计了如下图所示装置，测定天然碱的化学组成。

实验步骤：

①组装好实验装置后，首先进行的操作是                      ；A处碱石灰的作用是；E处碱石灰的作用是                        。

②称7.3g样品，放入硬质玻璃管中；称量C装置质量为87.6g，D装置为74.7g。

③打开活塞K₁、K₂，关闭K₃，通入空气数分钟。

④关闭活塞K_l、K₂，打开K₃，点燃酒精灯至不再产生气体为止。

⑤打开活塞K_l，鼓入空气数分钟，然后称得C装置质量为88.5g；D装置质量为75.8g，通入空气的目的是                           。

⑥如果a=1，则该天然碱的化学式为                  。

Answer

（1）①不能 因为NaHCO3受热分解也能产生水蒸气

②取少量天然碱样品溶于水，加入足量的氯化钙溶液或氯化钡溶液，过滤并洗涤沉淀，向沉淀中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水，若出现浑浊现象说明样品中含CO32－

（2）①检查装置的气密性 除去空气中的CO2和H2O（g）

防止空气中CO2和H2O（g）进入D装置，导致测量不准确

⑤将装置中生成的CO2和H2O（g）全部排入C、D装置中吸收 ⑥Na2CO3•2NaHCO3•H2O

【解析】

试题分析：（1）①由于反应2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O中有水生成，所以不能说明样品中含结晶水；

②确认样品中含有CO32­，可以取少量天然碱样品溶于水，加入足量的氯化钙溶液或氯化钡溶液，过滤并洗涤沉淀，向沉淀中加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水，若出现浑浊现象说明样品中含CO32－；

（2）①该实验中使用了多个实验装置，在实验前必须检查装置的气密性，避免影响测定结果；装置A中的碱石灰作用是除去空气中的CO2和H2O(g)，E处碱石灰的作用是防止空气中的CO2和H2O进入，造成测量误差；

⑤该步骤中缓缓鼓入空气的目的是将装置中生成的CO2和H2O(g)全部排入C、D装置中吸收，减小测定误差；

⑥由题意可知：装碱石灰的U形管D的增重的物质是CO2，二氧化碳的质量为：75.8 g-74.7g=1.1 g，n(CO2)==0.025 mol，则

2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O

2 1 1 1

0.05mol 0.025mo 0.025mol 0.025mol

m(NaHCO3)=0.05 mol×84 g•mol-1=4.2 g，浓硫酸吸收的水为碳酸氢钠分解生成的和样品中的结晶水，水的质量之和为：88.5g-87.6g=0.9g，所以晶体中含有的结晶水的物质的量为：n(H2O)＝－0.025mol＝0.025mol，样品中含有的结晶水的质量为：m(H2O)=0.025 mol×18 g•mol-1=0.45g，样品中含有的水的质量为：m(Na2CO3)=7.3g－4.2g－0.45g=2.65g，n(Na2CO3)==0.025mol，故晶体中n(Na2CO3)：n(NaHCO3)：n(H2O)=0.025 mol：0.05 mol：0.025 mol=1：2：1，所以晶体化学式为：Na2CO3•2NaHCO3•H2O，故答案为：Na2CO3•2NaHCO3•H2O。

【考点定位】考查了Na2CO3和NaHCO3有关性质、化学计算等相关知识。

【名师点晴】掌握相关物质的性质以及实验原理是解答的关键，注意明确综合实验设计题的解题思路：（1）巧审题，明确实验的目的和原理。实验原理是解答实验题的核心，是实验设计的依据和起点。实验原理可从题给的化学情景(或题首所给实验目的）并结合元素化合物等有关知识获取。在此基础上，遵循可靠性、简捷性、安全性的原则，确定符合实验目的、要求的方案。（2）想过程，理清实验操作的先后顺序。根据实验原理所确定的实验方案中的实验过程，确定实验操作的方法步骤，把握各步实验操作的要点，理清实验操作的先后顺序。（3）看准图，分析各项实验装置的作用。有许多综合实验题图文结合，思考容量大。在分析解答过程中，要认真细致地分析图中所示的各项装置，并结合实验目的和原理，确定它们在该实验中的作用。（4）细分析，得出正确的实验结论。实验现象(或数据）是化学原理的外在表现。在分析实验现象(或数据）的过程中，要善于找出影响实验成败的关键以及产生误差的原因，或从有关数据中归纳出定量公式，绘制变化曲线等。