Question

我國青海湖采集的天然堿樣品可表示為aNa₂CO₃?bNaHCO₃?cH₂O（a、b、c為最簡整數比）．小紅同學為測定其組成，稱取該天然堿樣品16.6g進行如下實驗：

已知：碳酸鈉比較穩定，加熱時不分解；2NaHCO₃

△   .

 Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
圖中B處為兩個單向閥：推注射器時A₁關閉，A₂處打開；拉注射器時，A₁打開進空氣，A₂關閉．
（一）實驗步驟 ①組裝好裝置，檢查氣密性 ②反復推拉注射器 ③稱量E、F的質量 ④關閉彈簧夾，加熱D處試管直到反應不再進行 ⑤打開彈簧夾，再次反復緩緩推拉注射器 ⑥再次稱量E、F的質量．
（二）問題探究：
（1）E中的藥品為

 

，E的作用是

 

．C、F、G中裝有堿石灰（生石灰與燒堿的固體混合物），則C的作用是

 

，
F的作用是

 

，G的作用是

 

．
（2）實驗步驟②與③能否顛倒

 

（填“能”或“不能”）．若不進行步驟⑤的操作，則所測得的碳酸氫鈉質量

 

（填“偏大”、“偏小”、“無影響”），該操作中推注射器時緩緩的目的是

 

；
若沒有G裝置，則碳酸氫鈉的質量

 

（填“偏大”、“偏小”、“無影響”）．

反應前	反應后
E的質量為100.0g	E的質量為102.25g
F的質量為50.0g	F的質量為51.1g

（3）據右表回答下列問題：
①碳酸氫鈉分解生成二氧化碳的質量為

 

g，
②碳酸氫鈉的質量為

 

g
③結晶水的質量為

 

g
④Na₂CO₃的質量為

 

g，
⑤該天然堿的化學式中a：b：c=

 

．

Answer 1

分析：根據整個組合裝置及步驟分析每個裝置及每步操作的目的，要測定物質組成，通過組合裝置需測出加熱時產生的二氧化碳及水的質量，空氣中含有水蒸氣和二氧化碳，在加熱前要除去，生成的二氧化碳能殘存在裝置內，應全部排到F裝置內吸收．還應注意不能讓空氣中的二氧化碳和水進入裝置F中影響測量結果．

解答：解：（1）分析整個裝置，結合實驗步驟，組裝好裝置，檢查氣密性之后反復推拉注射器是為了將裝置內的二氧化碳和水蒸氣全部排出，在氣體進入D裝置之前需除去空氣中的二氧化碳和水蒸氣，用除去這二者的剩余空氣將D裝置以后的整套裝置中的空氣排出，故C的堿石灰的作用是除去空氣中的二氧化碳和水蒸氣；固體受熱碳酸氫鈉分解產生水蒸氣和二氧化碳，要先通過濃硫酸吸收水蒸氣，然后再通過堿石灰吸收二氧化碳，故E中盛濃硫酸來吸收水分，F中堿石灰是吸收生成的二氧化碳；為防止空氣中二氧化碳和水分進入F裝置使測量結果偏大，故連接G裝置吸收空氣中的二氧化碳和水分．
（2）實驗步驟②與③不能顛倒，步驟②③是將裝置內的空氣完全被EF吸收，然后稱量EF的質量，這樣第一次稱重就包含了裝置內的二氧化碳和水．當反應結束后再次稱重EF，兩次的差值就是生成的二氧化碳和水．若②與③顛倒，則第一次稱重不包含中裝置內的二氧化碳和水，而第二次稱重包括了裝置內原有的二氧化碳和水，同時還包括新生成的二氧化碳和水，這樣的兩次差值就大于實際生成的二氧化碳和水，導致計算結果偏大．  若不進行步驟⑤，則生成的二氧化碳和水蒸氣會殘存在裝置內，使結果偏小；所以該步操作的目的是使生成的二氧化碳和水蒸氣吸收充分；若沒有G裝置，則空氣中的二氧化碳和水蒸氣會進入F裝置，使結果偏大．
（3）E中增重的質量為水的質量，F中增重的質量為生成的二氧化碳的質量，根據表中數據可知碳酸氫鈉分解產生二氧化碳的質量為1.1g，根據二氧化碳的質量可求出碳酸氫鈉的質量和碳酸氫鈉分解生成的水的質量，用總水量減去生成的水的質量就是原物質中結晶水的質量，用物質的總質量減去碳酸氫鈉和結晶水的質量就是碳酸鈉的質量，進而可求出系數比．
根據表中數據，二氧化碳的質量為1.1g，原物質中的結晶水和生成的水質量和為2.25g，
設碳酸氫鈉的質量為x，生成的水的質量為y，
2NaHCO₃

△   .

 Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O
168                44    18
x                 1.1g   y

168

X

=

44

1.1g

=

18

y

    x=4.2g   y=0.45g
故結晶水的質量為2.25g-0.45g=1.8g
原物質中碳酸鈉的質量為16.6g-4.2g-1.8g=10.6g
所以a：b：c=

10.6g

106

：

4.2g

84

：

1.8g

18

=2：1：2
故答案為：
（1）濃硫酸（濃H₂SO₄），吸收水蒸氣． 除去空氣中的二氧化碳、水蒸氣等雜質氣體，
  吸收二氧化碳，防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣等雜質氣體進入到F中，影響二氧化碳質量的測定．
（2）不能．偏小；使生成的二氧化碳、水蒸氣吸收充分；
  偏大
（3）①1.1
②4.2
③1.8
④10.6
⑤2：1：2．

點評：解答本題關健是分析組合裝置中每個裝置的作用及每步操作的目的，理清思路才能很好的解答本題．