Question

【題目】有一含NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物，某同學設計如圖所示的實驗裝置，通過測量反應產生的CO2和H2O的質量，來確定該混合物中各組分的質量分數。

(1)實驗步驟：

①按圖(夾持儀器未畫出)組裝好實驗裝置后，首先進行的操作是__________。

②稱取樣品，并將其放入硬質玻璃管中，稱量裝濃硫酸的洗氣瓶C的質量和裝堿石灰的U形管D的質量。

③打開活塞K1、K2，關閉K3，緩緩鼓入空氣數分鐘，其目的是________。

④關閉活塞K1、K2，打開K3，點燃酒精燈加熱至不再產生氣體。裝置B中發生反應的化學方程式為________、________。

⑤打開活塞K1，緩緩鼓入空氣數分鐘，然后拆下裝置，再次稱量洗氣瓶C的質量和U形管D的質量。

(2)關于該實驗方案，請回答下列問題。

①若加熱反應后不鼓入空氣，對測定結果的影響是_______________。

②E處干燥管中盛放的藥品是堿石灰，其作用是_____________，如果實驗中沒有該裝置，則會導致測量結果NaHCO3的質量_____________(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。

③若樣品質量為w g，反應后C、D裝置增加的質量分別為m1g、m2g，則混合物中Na2CO3·10H2O的質量分數為________(用含w、m1、m2的代數式表示)。

Answer 1

【答案】檢查裝置氣密性 除去裝置中的水蒸氣和二氧化碳 2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑ Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O↑ Na2CO3·10H2O和NaHCO3的質量分數測定結果偏小，NaCl的質量分數測定結果偏大 防止空氣中的CO2和水蒸氣進入D中影響測定結果 偏大 ×100%

【解析】

將混合物加熱會產生H2O(g)、CO2等氣體，應在C、D中分別吸收，先用濃硫酸吸收水，再用堿石灰吸收二氧化碳，即C中的干燥劑吸水后不能吸收CO2；由D的增重(NaHCO3分解產生的CO2的質量)可求出NaHCO3質量。由C的增重(Na2CO310H2O分解產生的H2O及已經知道的NaHCO3分解產生的H2O的質量)可求出Na2CO310H2O的質量，從而求出NaCl的質量。為排除空氣中成分的干擾，應在實驗前想法趕出裝置中的空氣，關鍵操作應是趕B中的空氣，所以關閉K3，打開K1、K2就成為操作的關鍵，緩緩通入則是為了趕出效果更好；E中堿石灰可防止外界空氣中的H2O(g)、CO2進入裝置D影響實驗效果，有氣體參加的反應，在實驗前要先檢查裝置的氣密性，據此分析解答。

(1)①由實驗原理可知，實驗需要通過測量D裝置內堿石灰的增重，計算生成的二氧化碳的質量，通過測量C裝置的質量，計算生成的水的質量，故應首先檢驗裝置的氣密性；

③裝置內有空氣，含有水蒸氣和二氧化碳，影響水蒸氣和二氧化碳質量的測定，打開活塞K1、K2，關閉活塞K3，實驗前要通入空氣，趕走裝置中含有水蒸氣和二氧化碳，減少誤差；

④含NaCl、Na2CO310H2O和NaHCO3的混合物加熱時，NaHCO3分解生成Na2CO3、CO2和H2O，碳酸鈉晶體失去結晶水生成Na2CO3，反應的化學方程式為：2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑；Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O↑；

(2)①若加熱反應后不鼓入空氣，生成水蒸氣質量和二氧化碳會滯留在裝置中，使C、D裝置增重減少，碳酸氫鈉依據二氧化碳計算，而Na2CO310H2O的測定是根據生成水的總質量計算的，則Na2CO3·10H2O和NaHCO3的質量分數測定結果偏小，NaCl的質量分數測定結果偏大；

②干燥管中盛放的是堿石灰，堿石灰能吸收空氣中的水蒸氣和二氧化碳，所以干燥管的作用是防止空氣中的CO2和水蒸氣進入影響測定結果，若撤去E裝置，則測定的碳酸氫鈉的質量偏大；

③若樣品質量為w g，反應后C、D裝置增加的質量分別為m1 g、m2 g，D裝置中增加的質量為二氧化碳的質量，碳酸氫鈉分解生成的水蒸氣的質量為x。根據反應方程式2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑可知：產生44gCO2會同時產生18gH2O，反應產生CO2的質量是m2，則同時產生H2O的質量為g；裝置C吸收的是水蒸氣，包括NaHCO3分解生成的和Na2CO3·10H2O分解生成的，Na2CO3·10H2O分解生成的水蒸氣的質量=m1g-g，設Na2CO3·10H2O的質量為y，根據方程式Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O↑中物質轉化關系可知：286gNa2CO3·10H2O分解產生180gH2O，則產生H2O的質量為m1g-g，消耗的Na2CO3·10H2O的質量為y=g，所以混合物中Na2CO3·10H2O的質量分數為×100%。