Question

實驗室里臨時要用NaOH溶液和CO₂來制取純Na₂CO₃溶液．已知CO₂氣體通入NaOH溶液過程中極易生成過量NaHCO₃，且無明顯現象．實驗室有下列試劑：①未知濃度的NaOH溶液 ②37%的鹽酸 ③37%的硫酸 ④14%鹽酸 ⑤大理石⑥K₂CO₃固體 ⑦Cu₂（OH）₂CO₃
實驗室有下列儀器：鐵架臺、啟普發生器、量筒、燒杯、橡皮管、玻璃導管、分液漏斗．
已知下表中各物質在常溫時的溶解度（g/100g水）

Na2CO3	NaHCO3	NaCl	Na2SO4	NaHSO4	NaOH
15.9	8.4	35	35.5	20	40

（1）本實驗應選用的儀器除啟普發生器、橡皮管、玻璃導管外，還需要______．
（2）為保證制得的Na₂CO₃溶液盡量純，應選用的藥品（填編號）除①外，還需要______．
（3）簡要敘述實驗步驟，直到制得純Na₂CO₃溶液（儀器安裝可省略）____________．
（4）根據給出的溶解度表，求出當NaOH溶液中溶質的質量分數大于多少時，在配制過程中會有晶體析出（寫出計算步驟和必要的文字說明）

Answer 1

【答案】分析：本題是要求如何操作才能使一瓶未知濃度的NaOH 溶液，生成物全部是Na₂CO₃而沒有NaHCO₃生成；那么也就是說要將NaOH 溶液全部轉換成Na₂CO₃；根據題干中已知信息，若通入少量的CO₂，有可能氫氧化鈉有剩余，不可行；若通入過量的CO₂，則全部變成NaHCO₃，又無法達到問題的要求，但可以根據NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O，可以將生產的NaHCO₃再倒入等量的NaOH就可以全部轉變成Na₂CO₃．
解答：解：（1）根據Na₂CO₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃和NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O它們之間的聯系，可以將一瓶氫氧化鈉溶液分成相等的2份，然后將其中的一份通入過量的CO₂，全部變成NaHCO₃，再將另一份氫氧化鈉溶液倒入NaHCO₃中全部轉化成Na₂CO₃，即到達題目的要求，因此可用用量筒將NaOH溶液分成兩等分于燒杯中，用稀鹽酸和大理石反應制取二氧化碳，向其中一份中通入過量的CO₂，待反應完后，將另一份NaOH溶液倒入反應后的溶液中，混合均勻，因此用到的儀器還有燒杯、量筒
（2）為保證制得的Na₂CO₃溶液盡量純，應選用的藥品為稀鹽酸和大理石制取二氧化碳．
（3）根據（1）中分析，實驗操作步驟為量取一定量的NaOH溶液，分成兩等份 ②制取CO₂，向其中一份NaOH溶液中通入過量的CO₂氣體 ③將兩溶液混合均勻 
（4）要使溶液中析出晶體，需使碳酸氫鈉溶液達到飽和，根據碳酸氫鈉的溶解度可求出氫氧化鈉的質量，從而求出氫氧化鈉溶液的溶質質量分數．
故答案為：（1）燒杯、量筒
（2）④⑤
（3）①量取一定量的NaOH溶液，分成兩等份 ②制取CO₂，向其中一份NaOH溶液中通入過量的CO₂氣體 ③將兩溶液混合均勻 
（4）從表中可知，NaHCO₃常溫下溶解度為8.4g．設常溫下溶解的NaOH的質量為x時，NaHCO₃達到飽和．
NaOH+CO₂=NaHCO₃
40           84
x            8.4g
x=4g
故溶液中NaOH的質量分數大于×100%=3.85%時，在步驟②中有NaHCO₃晶體析出．
點評：該題考查學生利用題干中已知給予的信息進行分析，然后進行實驗方案的設計能力，是一道綜合性開放性的題目；培養學生實驗設計的思維和創新精神．