Question

某校课外小组为测定某碳酸钠和碳酸氢钠混合物中碳酸钠的质量分数，甲、乙两组同学分别进行了下列相关实验。

方案Ⅰ：甲组同学用质量法，按如图所示的实验流程进行实验：

（1）实验时，蒸发结晶操作中，除了铁架台(带铁圈)、酒精灯外，还要用到的仪器是________。

（2）有同学认为“加入适量盐酸”不好控制，应改为“加入过量盐酸”，便于操作且不影响测定的准确性，该观点________(填“正确”或“不正确”)，其原因是___________________________。

（3）若实验中测得样品质量为46.4g，蒸发后固体质量为40.95g，则碳酸钠的质量分数为________(保留3位有效数字)。

（4）蒸发结晶过程中若有固体飞溅，测得碳酸钠的质量分数________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

方案Ⅱ：乙组同学的主要实验流程如下：

按如图所示装置进行实验：

（5）装置B中的试剂为_______在装置C中装碱石灰来吸收净化后的气体，装置D的作用是________________________。

（6）有的同学认为为了减小实验误差，在反应前后都通入N₂，反应后通入N₂的目的是________________________________________________________________________。

方案Ⅲ：气体分析法

（7）把一定量样品与足量稀硫酸反应后，用如图装置测量产生CO₂气体的体积，B中溶液最好采用________(填序号)使测量误差较小。

a．饱和碳酸钠溶液    b．饱和碳酸氢钠溶液

c．饱和氢氧化钠溶液    d．饱和硫酸铜溶液

Answer

蒸发皿、玻璃棒 正确 盐酸易挥发，过量的盐酸在加热过程中挥发，不影响结果 45.7% 偏小 浓硫酸 吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，以确保U形管中质量增加量的准确性 使A、B装置中残留的CO2全部被C装置中的碱石灰吸收，减小实验误差 b

【解析】

方案Ⅰ：碳酸钠质量和碳酸氢钠质量之和为样品总质量，样品溶液中加入盐酸，碳酸钠和盐酸反应生成氯化钠溶液，碳酸氢钠与盐酸反应生成氯化钠溶液，蒸发结晶，得NaCl固体，称量NaCl固体质量，结合氯化钠的质量、样品总质量可计算碳酸钠质量和碳酸氢钠质量，进而求得碳酸钠的质量分数；

方案Ⅱ：碳酸钠质量和碳酸氢钠质量之和为样品总质量，样品和硫酸反应产生二氧化碳气体，用碱石灰将二氧化碳吸收，碱石灰增加的质量即为二氧化碳的质量，结合样品总质量、二氧化碳质量可计算碳酸钠的质量，进而求得碳酸钠的质量分数；

方案Ⅲ：结合样品的总质量、二氧化碳的体积计算碳酸钠的质量，从而计算碳酸钠的质量分数。

(1)蒸发结晶操作中，需要蒸发皿、酒精灯、玻璃棒等，故答案为：蒸发皿、玻璃棒；

(2)由分析可知，该方法原理利用样品总质量和反应后所得氯化钠的质量计算碳酸钠的质量，从而计算碳酸钠的质量分数，那么本实验的关键是将碳酸钠、碳酸氢钠完全转化为氯化钠，改为“过量盐酸”，能使碳酸钠、碳酸氢钠完全转化为氯化钠，便于操作且因盐酸易挥发，过量的盐酸在加热过程中挥发不残留，不影响结果，所以该观点正确，故答案为：正确；盐酸易挥发，过量的盐酸在加热过程中挥发，不影响结果；
(3)若实验中测得样品质量为46.4g，固体质量为40.95g，设碳酸钠物质的量为x，碳酸氢钠物质的量为y，则，由结合Na+守恒有：，联立二式解得：，，碳酸钠的质量分数为，故答案为：；
蒸发结晶过程中若有固体飞溅，氯化钠质量减少，计算所得碳酸钠质量减小，则碳酸钠质量分数减小，故答案为：偏小；

A中的水蒸气能被C中碱石灰吸收，引起实验误差，所以B的作用是防止A中的水蒸气进入C中，故B中可盛放浓硫酸。空气中的水蒸气和二氧化碳会被碱石灰吸收，故D的作用是吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，以确保U形管中质量增加量的准确性，故答案为：浓硫酸、吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，以确保U形管中质量增加量的准确性；
该方案关键是要获得产生的的质量，实验前容器内含有空气，空气中含有二氧化碳、水蒸气，会影响C的质量，反应后装置中容器内含有二氧化碳，不能被C中碱石灰完全吸收，导致测定结果有较大误差，所以反应前后都要通入，反应后通入的目的是：使A、B装置中残留的CO2全部被C装置中的碱石灰吸收，减小实验误差，故答案为：使A、B装置中残留的CO2全部被C装置中的碱石灰吸收，减小实验误差；

(7)利用测定反应生成的二氧化碳气体体积的方法测定碳酸钠的质量分数，关键是能准确测量反应生成的二氧化碳的体积，那么二氧化碳在B中的溶解度越小、越不反应越好，满足条件的是饱和碳酸氢钠溶液，故答案为：b。