Question

某學生為測定實驗室中一瓶因保存不善而部分變質的氫氧化鈉中碳酸鈉的質量分數，設計了如圖所示的裝置（圖中鐵架臺已略去），實驗在
27℃，l01kPa下進行，實驗步驟如下：
①按圖連接好裝置；
②______；
③用天平準確稱取氫氧化鈉樣品6g，放入A中試管內，向B中集氣瓶內裝滿飽和二氧化碳水溶液；
④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，量筒中收集到飽和二氧化碳水溶液220mL．
請回答下列問題：
（1）在實驗步驟①～③之間，還缺少一個步驟，請將其補充在②后面的橫線上．
（2）判斷氫氧化鈉發生變質的實驗現象是______，氫氧化鈉變質的原因是______ （用化學方程式表示）．
（3）B中集氣瓶盛裝的是飽和二氧化碳水溶液而不是水，其理由是______．
（4）判斷步驟④中滴人的稀硫酸已過量的標志是______．
（5）氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質量分數為______（27℃，l01kPa下二氧化碳的密度為l.8g/L，二氧化碳的體積等于排出的飽和二氧化碳水溶液的體積）．
（6）要除去部分變質氫氧化鈉中的碳酸鈉，應將這種氫氧化鈉樣品溶于水配成溶液，然后向溶液中加適量的______，充分反應后過濾、蒸干濾液，就能得到比較純凈的氫氧化鈉固體．反應方程式為______．

Answer 1

解：（1）該裝置要求氣密性良好，才能準確測量出二氧化碳的體積，所以實驗前應先檢查裝置的氣密性．
（2）氫氧化鈉是堿，可以和空氣中的二氧化碳反應，生成碳酸鈉而變質，若變質生成的碳酸鈉與稀硫酸會生成二氧化碳氣體．
（3）本題的實驗目的是通過測二氧化碳的體積來計算藥品中碳酸鈉的含量，所以必須保證二氧化碳的準確性，因為二氧化碳可以溶于水，所以用飽和的二氧化碳水溶液，可以避免二氧化碳的減少．
（4）證明硫酸過量，即證明碳酸鈉反應完，所以可以繼續滴一滴硫酸，沒有氣泡產生．
（5）解：生成二氧化碳的質量為：×1.8 g/L=0.396 g
設樣品中含碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+CO₂↑+H₂O
106 44
x 0.396g
，
解之得：x=0.954g
∴樣品中碳酸鈉的質量分數=×100%=15.9%
（6）氫氧化鈉溶液變質后就是碳酸鈉，氫氧化鈣可以和碳酸鈉發生反應，生成碳酸鈣沉淀．故要除掉部分變質的氫氧化鈉溶液中的雜質，可以加入Ba（OH）₂溶液，過濾出反應生成的BaCO₃；
故答案為：（1）檢查裝置氣密性
（2）向氫氧化鈉樣品中滴加稀硫酸時產生氣泡 2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O
（3）CO₂能溶于水，而不溶于飽和的CO₂水溶液中
（4）裝置A中試管內沒有氣泡產生
（5）15.9%
（6）Ba（OH）₂或Ca（OH）₂ Ba（OH）₂+Na₂CO₃═BaCO₃↓+2NaOH或Ca（OH）₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaOH
分析：（1）該實驗是測量生成的氣體的量的大小，所以要求氣密性較好．
（2）氫氧化鈉如果變質會生成碳酸鈉，加稀硫酸能產生二氧化碳氣體．
（3）根據實驗目的“通過測二氧化碳的體積來計算藥品中碳酸鈉的含量”進行分析，
（4）證明過量，實際就是證明碳酸鈉反應完全．
（5）量筒中收集到飽和二氧化碳水溶液220mL即為反應生成的二氧化碳的體積，由此，生成二氧化碳的質量為：220 mL/1000×1.8 g/L=0.396 g．根據二氧化碳的質量及反應的化學方程式便可求出碳酸鈉的質量，就能得出樣品中碳酸鈉的質量分數．
（6）根據除雜的原則：不增加新的雜質、不減少要保留的物質，能生成主要物質是最理想的；結合物質的化學性質和實驗分離常用方法進行綜合分析解答．
點評：本題是一道相當綜合的試題，試題以氫氧化鈉在空氣中變質為切入點，將初中兩種重要的物質的化學性質進行了考查，同時涉及了裝置的連接、根據化學方程式的計算和實驗過程的探究等．是一道綜合性較強的題目．