Question

有一含NaCl、Na₂CO₃·10H₂O和NaHCO₃的混合物，某同学设计如图所示的实验装置，通过测量反应产生的CO₂和H₂O的质量，来确定该混合物中各组分的质量分数。

(1)实验步骤：

①按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后，首先进行的操作是__________。

②称取样品，并将其放入硬质玻璃管中，称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。

③打开活塞K₁、K₂，关闭K₃，缓缓鼓入空气数分钟，其目的是________。

④关闭活塞K₁、K₂，打开K₃，点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为________、________。

⑤打开活塞K₁，缓缓鼓入空气数分钟，然后拆下装置，再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。

(2)关于该实验方案，请回答下列问题。

①若加热反应后不鼓入空气，对测定结果的影响是_______________。

②E处干燥管中盛放的药品是碱石灰，其作用是_____________，如果实验中没有该装置，则会导致测量结果NaHCO₃的质量_____________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

③若样品质量为w g，反应后C、D装置增加的质量分别为m₁g、m₂g，则混合物中Na₂CO₃·10H₂O的质量分数为________(用含w、m₁、m₂的代数式表示)。

Answer

检查装置气密性 除去装置中的水蒸气和二氧化碳 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑ Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O↑ Na2CO3·10H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小，NaCl的质量分数测定结果偏大 防止空气中的CO2和水蒸气进入D中影响测定结果 偏大 ×100%

【解析】

将混合物加热会产生H2O(g)、CO2等气体，应在C、D中分别吸收，先用浓硫酸吸收水，再用碱石灰吸收二氧化碳，即C中的干燥剂吸水后不能吸收CO2；由D的增重(NaHCO3分解产生的CO2的质量)可求出NaHCO3质量。由C的增重(Na2CO3•10H2O分解产生的H2O及已经知道的NaHCO3分解产生的H2O的质量)可求出Na2CO3•10H2O的质量，从而求出NaCl的质量。为排除空气中成分的干扰，应在实验前想法赶出装置中的空气，关键操作应是赶B中的空气，所以关闭K3，打开K1、K2就成为操作的关键，缓缓通入则是为了赶出效果更好；E中碱石灰可防止外界空气中的H2O(g)、CO2进入装置D影响实验效果，有气体参加的反应，在实验前要先检查装置的气密性，据此分析解答。

(1)①由实验原理可知，实验需要通过测量D装置内碱石灰的增重，计算生成的二氧化碳的质量，通过测量C装置的质量，计算生成的水的质量，故应首先检验装置的气密性；

③装置内有空气，含有水蒸气和二氧化碳，影响水蒸气和二氧化碳质量的测定，打开活塞K1、K2，关闭活塞K3，实验前要通入空气，赶走装置中含有水蒸气和二氧化碳，减少误差；

④含NaCl、Na2CO3•10H2O和NaHCO3的混合物加热时，NaHCO3分解生成Na2CO3、CO2和H2O，碳酸钠晶体失去结晶水生成Na2CO3，反应的化学方程式为：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑；Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O↑；

(2)①若加热反应后不鼓入空气，生成水蒸气质量和二氧化碳会滞留在装置中，使C、D装置增重减少，碳酸氢钠依据二氧化碳计算，而Na2CO3•10H2O的测定是根据生成水的总质量计算的，则Na2CO3·10H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小，NaCl的质量分数测定结果偏大；

②干燥管中盛放的是碱石灰，碱石灰能吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，所以干燥管的作用是防止空气中的CO2和水蒸气进入影响测定结果，若撤去E装置，则测定的碳酸氢钠的质量偏大；

③若样品质量为w g，反应后C、D装置增加的质量分别为m1 g、m2 g，D装置中增加的质量为二氧化碳的质量，碳酸氢钠分解生成的水蒸气的质量为x。根据反应方程式2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑可知：产生44gCO2会同时产生18gH2O，反应产生CO2的质量是m2，则同时产生H2O的质量为g；装置C吸收的是水蒸气，包括NaHCO3分解生成的和Na2CO3·10H2O分解生成的，Na2CO3·10H2O分解生成的水蒸气的质量=m1g-g，设Na2CO3·10H2O的质量为y，根据方程式Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O↑中物质转化关系可知：286gNa2CO3·10H2O分解产生180gH2O，则产生H2O的质量为m1g-g，消耗的Na2CO3·10H2O的质量为y=g，所以混合物中Na2CO3·10H2O的质量分数为×100%。