Question

節約資源和保護環境已經成為我們的基本國策．節能減排、環境保護和生態市建設是市政府近些年的工作重點．硫酸廠生產硫酸的流程是：把含硫礦物燃燒，生成二氧化硫，二氧化硫和氧氣在高溫和催化劑的作用生成三氧化硫，最后三氧化硫和水化合生成硫酸．寫出三氧化硫和水化合生成硫酸的化學方程式________
某純堿樣品中含有少量硫酸鈉，現欲測定其碳酸鈉的質量分數，利用含有少量硫酸的澄清廢水進行如下實驗：
[實驗原理]Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
通過實驗測定反應產生的二氧化碳的質量，即可求得原樣品中碳酸鈉的質量，進而求得碳酸鈉在樣品中的質量分數．
[實驗裝置]

[實驗步驟]
①如圖連接裝置（除B、C外）并加入所需藥品．
②稱量并記錄B的質量（m₁）．（稱量時注意封閉B的兩端．）
③按動鼓氣球，持續鼓入空氣約1分鐘．
④連接上B、C．
⑤打開分液漏斗F的活塞，將稀硫酸快速加入D中后，關閉活塞．
⑥按動鼓氣球，持續約1分鐘．
⑦稱量并記錄B的質量（m₂）．（稱量時注意封閉B的兩端及E右端的出口．）
⑧計算．
（1）已知堿石灰的主要成分是氫氧化鈣和氫氧化鈉，則干燥管A的作用是：________，以免使測定結果偏大．
（2）________（能或不能）用稀鹽酸代替稀硫酸，因為鹽酸具有________性，會使測得碳酸鈉的質量分數________（填偏大、偏小或不變，下同）；若去除干燥管C，則測得碳酸鈉的質量分數將會________
（3）E裝置的作用是________．
（4）本實驗能否省略③、⑥兩個步驟？________（填能或不能），原因分別是________、________．
（5）若所取樣品的質量為6g，分液漏斗F中盛放5%只含硫酸一種溶質的澄清廢水，稱得m₁為51.20g，m₂為53.40g，（計算結果保留兩位小數）
求：
（1）樣品中碳酸鈉的質量分數為多少？
（2）D裝置中正好反應后，所得溶液的溶質質量分數是多少？

Answer 1

解：（1）干燥管A通過鼓氣排出裝置D中的空氣，能防止空氣中水蒸氣和二氧化碳的干擾，故答案：防止空氣中水蒸氣和二氧化碳的干擾．
（2）鹽酸能會揮發出氯化氫氣體，氯化氫能和堿石灰反應；干燥管C能防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入B，故答案：不能；揮發性；偏大；偏大．
（3）濃硫酸具有吸水干燥的作用，故答案：除去生成的二氧化碳中的水蒸氣．
（4）前一次鼓起是為了排出D中的空氣防止空氣中二氧化碳氣體的干擾；后一次鼓氣是為了將生成的二氧化碳全部排出，故答案：不能；鼓氣是為了排出D中的空氣；鼓氣是為了將D中生成的二氧化碳全部排出．
（5）設稀硫酸中硫酸的質量為x，生成的硫酸鈉的質量為y，樣品中碳酸鈉的質量為z．B裝置增重的質量就是碳酸鈉和稀硫酸反應生成的二氧化碳的質量為：53.40g-51.20g=2.2g
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106 98 142 44
z x y 2.2g
=
x=4.90g
=
y=7.10g
=
z=5.3g
（1）樣品中碳酸鈉的質量分數為：×100%=88.3%
（2）所用稀硫酸的質量為=98g
所得硫酸鈉溶液的質量為98g+5.3g-2.2g=101.1g
所得硫酸鈉溶液中溶質質量分數為：×100%=7.02%
答：樣品中碳酸鈉的質量分數為88.3%，所得溶液中硫酸鈉的質量分數為7.02%
分析：（1）運用干燥管A通過鼓氣排出裝置D中的空氣，能防止空氣中水蒸氣和二氧化碳的干擾解答．
（2）運用鹽酸能會揮發出氯化氫氣體，氯化氫能和堿石灰反應；干燥管C能防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入B解答．
（3）運用濃硫酸具有吸水干燥的作用解答．
（4）運用前一次鼓起是為了排出D中的空氣防止空氣中二氧化碳氣體的干擾；后一次鼓氣是為了將生成的二氧化碳全部排出解答．
（5）①根據反應前后B裝置增重的質量即稀硫酸和碳酸鈉反應生成的二氧化碳的質量，結合碳酸鈉和稀硫酸反應的化學方程式求出6g樣品中碳酸鈉的質量，即可解答．②根據反應前后B裝置增重的質量即稀硫酸和碳酸鈉反應生成的二氧化碳的質量，結合碳酸鈉和稀硫酸反應的化學方程式求出反應生成的硫酸鈉和硫酸中溶質的質量，然后根據稀硫酸溶質質量分數的公式求出稀硫酸溶液的質量，根據質量守恒定律求出所得硫酸鈉溶液的質量，再用硫酸鈉的質量除以硫酸鈉溶液的質量乘以100%即可解答．
點評：本題通過實驗探究流程考查了堿石灰既能吸水又能和二氧化碳反應、濃硫酸具有吸水性、碳酸鈉和稀硫酸反應生成硫酸鈉、水和二氧化碳，并且考查了根據碳酸鈉和稀硫酸反應的化學方程式的結合溶液溶質質量分數的計算，難度較大；只要分析清楚每步的操作目的才能解答該題．