Question

（15分）實驗室有一瓶長期暴露在空氣中的氫氧化鈉固體樣品，觀察發現，樣品表面有白色粉末。某興趣小組的同學對該樣品的成分及含量進行了探究。
【提出問題】該樣品中含有那些物質？
【提出猜想】通過分析，提出如下猜想：
猜想Ⅰ：已完全變質，該樣品中只含Na₂CO₃；
猜想Ⅱ：部分變質，該樣品中含有NaOH和Na₂CO₃。
則NaOH變質反應的化學方程式為                                               。
【查閱資料】
①堿性的Na₂CO₃溶液可以與中性的CaCl₂溶液發生復分解反應；
②CO₂在飽和碳酸氫鈉溶液中幾乎不溶解。
【實驗探究1】為確定該樣品的成分，小明設計了如下實驗方案，請你一起完成下列實驗報告。

實驗操作	實驗現象	實驗結論
（1）取少量樣品溶于水，加入                                                  ；	白色沉淀產生	該反應的化學方程式：             ；
（2）將上述反應后的混合物過濾，取濾液加入                                  。	。	證明猜想Ⅱ正確

【提出問題2】如何測量該部分變質樣品中碳酸鈉的質量分數？
【實驗探究2】小紅同學設計如下圖所示裝置（鐵架臺略去），實驗在27℃，101kPa下進行，步驟如下：

①按圖連接好裝置；
②用托盤天平準確稱取該樣品2g，放入A中試管內，向B中集氣瓶中倒入飽和碳酸氫鈉溶液至瓶頸處；
③向分液漏斗中加入稀硫酸，打開活塞，讓稀硫酸滴入試管中至過量，關閉活塞。反應結束后，量筒中收集到飽和碳酸氫鈉溶液220mL。
請回答下列問題：
（1）在實驗步驟①和②之間，還缺少一實驗步驟，該實驗步驟是                          ；
（2）B中集氣瓶盛放的飽和碳酸氫鈉溶液不能用水代替，其理由是              ；
（3）試管中原有的空氣對實驗結果是否有明顯影響？              （填“有”或“沒有”）
（4）變質氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質量分數為                      。（在27℃，101kPa時二氧化碳的密度為1.8g/L）（計算結果精確至1%）
【提出問題3】怎樣提純該樣品得到純凈的氫氧化鈉固體？
【實驗探究3】為得到純凈的氫氧化鈉固體，小亮設計了如下圖所示的實驗流程。

請回答下列問題：
（1）操作①、②、③的名稱分別為                                        ，為了使樣品充分溶解，操作①中還要用到的玻璃儀器是                          ；
（2）該實驗中發生反應的化學方程式為                                      ；
（3）最終所得氫氧化鈉固體質量            變質后樣品中氫氧化鈉的質量（填“小于”、“等于”或“大于”）。
【實驗反思】
（1）通過本題，你學會了定性檢驗氫氧化鈉的變質、定量測定變質樣品中某成分的含量，以及除雜提純物質。為了得到可靠的實驗結果，探究過程中你需要思考的問題有       （填數字序號）；
①選擇試劑種類   ②確定試劑用量  ③試劑產地  ④實驗裝置與步驟的設計  ⑤實驗安全環保  ⑥測量中減少誤差
（2）實驗探究Ⅰ中的檢驗和實驗探究3中的除雜都將碳酸鈉進行了轉化，但二者目的不同，分別是                                                                                        。

Answer 1

（1）2NaOH+CO₂==Na₂CO₃+H₂O
【實驗探究1】過量的氯化鈣溶液     Na₂CO₃+CaCl2="=CaCl2+" CaCO₃↓
酚酞試液溶   液液變為紅色
【實驗探究2】（1）檢查裝置的氣密性。
（2）避免二氧化碳溶解于水，造成結果偏低。
（3）沒有
（4）48%
【實驗探究3】（1） 溶解、過濾、蒸發   玻璃棒
（2） Ca(OH)₂+Na₂CO₃==CaCO₃↓+2NaOH
（3） 大于
【實驗反思】（1）①②④⑤⑥
（2）實驗探究1中將碳酸鈉轉化為氯化鈉的目的是排除對氫氧化鈉檢驗的干擾；而實驗探究3除雜時是為了除去產品中的雜質而將碳酸鈉轉化為產品氫氧化鈉。

解析試題分析：（1）氫氧化鈉變質是與二氧化碳發生了化學反應，化學方程式為2NaOH+CO₂==Na₂CO₃+H₂O
【實驗探究1】因為猜想Ⅱ為固體成分為碳酸鈉和氫氧化鈉。根據題意可知：碳酸鈉可與氯化鈣反應生成碳酸鈣沉淀。所以可向溶液中加入過量的氯化鈣溶液，會觀察到有白色的沉淀生成。反應的化學方程式為：Na₂CO₃+CaCl2="=CaCl2+" CaCO₃↓
然后可向濾液中再加入酚酞試液（或紫色石蕊試液），當觀察到酚酞試液變為紅色（或紫色石蕊試液變藍色）可說明溶液中有堿性物質存在，即固體中含氫氧化鈉。結合上步操作中的現象即可判斷猜想Ⅱ正確。
【實驗探究2】（1）該裝置的目的是通過測量生成二氧化碳氣體的體積來計算出碳酸鈉的質量。要求裝置氣密性要良好。所以加藥品反應前應先檢查裝置的氣密性。
（2）二氧化碳可溶于水，但幾乎不溶解于飽和的碳酸氫鈉溶液。所以可起到避免二氧化碳溶解于水，造成結果偏低。
（3）裝置內原有的空氣中的物質不參與實驗中的反應，也沒有排出實驗裝置，所以不會影響實驗結果。
（4）量筒內收集到220ml飽和碳酸氫鈉溶液，即生成二氧化碳氣體的體積為220ml。所以生成二氧化碳的質量為220ml×1.8g/L=0.396g
設樣品中含碳酸鈉的質量為x，則；
Na₂CO₃+2HCl==2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                      44
x                         0.396g
10644=x：0.396g
x=0.954g
樣品中含碳酸鈉的質量分數為：×100%≈48%
【實驗探究3】（1）操作①的作用是將樣品與水混合后形成溶液，所以操作①為溶解；操作②將原混合物分離為固體和液體兩部分，所以操作②為過濾；操作③將溶液中的氫氧化鈉析出為氫氧化鈉固體，去除了水，所以操作③為蒸發。  為使固體充分溶解，操作①中還要用到的玻璃儀器為玻璃棒，其作用是攪拌加快固體溶解。
（2）該實驗中加入的試劑的作用是與碳酸鈉反應生成一種沉淀和氫氧化鈉，所以所用的試劑為氫氧化鈣；反應的化學方程式為：Ca(OH)₂+Na₂CO₃==CaCO₃↓+2NaOH
（3）因為上面的反應會生成氫氧化鈉，所以最終所得的氫氧化鈉的質量大于樣品中氫氧化鈉的質量。
【實驗反思】（1）根據上述實驗可知，在實驗探究過程中我們要考慮的因素有：選擇試劑的種類；確定試劑用量；實驗裝置與步驟的設計；實驗安全環保；測量中減少誤差。上述因素均能影響實驗結果。試劑產地不需要考慮。
（2）實驗探究1中將碳酸鈉轉化為氯化鈉的目的是排除對氫氧化鈉檢驗的干擾；而實驗探究3除雜時是為了除去產品中的雜質而將碳酸鈉轉化為產品氫氧化鈉。
考點：科學探究