内容正文:
课时素养达标
基础巩固练
选择题只有1个选项符合题意
1.五彩缤纷的焰火与元素的焰色试验有关。下列说法不正确的是( )
A.焰色试验一定发生化学变化
B.Na与NaCl在灼烧时火焰颜色相同
C.可以用焰色试验来区别NaCl和KCl
D.观察K2SO4的焰色应透过蓝色的钴玻璃
答案 A
解析 A.焰色试验是物理变化,A错误;B.Na与NaCl都含有钠元素,在灼烧时火焰颜色都呈黄色,B正确;C.Na、K的焰色不同,可以用焰色试验来区别NaCl和KCl,C正确;D.透过蓝色的钴玻璃可滤去黄光,避免干扰,观察K2SO4的焰色应透过蓝色的钴玻璃,D正确。
2.关注“实验室化学”并加以实践能有效提高学生的实验素养,用如图所示装置(夹持装置均已省略)进行实验,能达到实验目的的是( )
A.甲装置可用于验证Na2O2与水反应的能量变化
B.乙装置可用于观察氯化钠的焰色试验
C.丙装置可用于制取并收集干燥、纯净的NO
D.丁装置可用于准确量取一定体积的K2Cr2O7溶液
答案 A
解析 A.2Na2O2+2H2O===4NaOH+O2↑,虽然反应生成气体,但是气体不进入集气瓶中,可以用液面变化来说明反应能量变化,A符合题意;B.Cu的焰色反应为绿色,不能用铜丝代替铂丝,B不符合题意;C.NO与氧气反应,不能选排空气法收集NO,C不符合题意;D.重铬酸钾溶液属于氧化性滴定液,因此应装在酸性滴定管中,丁装置为碱性滴定管,D不符合题意;故选A。
3.(2025·黑龙江联考)钠及其化合物在生活中有重要的应用,下列说法正确的是( )
A.Na2O2与SO2的反应与CO2类似,能生成Na2SO3和O2
B.鉴别Na2CO3和NaHCO3可用饱和澄清石灰水
C.金属钠投入饱和NaCl溶液中可观察到有气体和沉淀生成
D.固体钠变成钠蒸气有金属键断裂,属于化学变化
答案 C
解析 A.Na2O2有氧化性,SO2有还原性,两者反应生成Na2SO4,没有O2生成,A错误;B.饱和澄清石灰水与Na2CO3和NaHCO3反应都会直接产生沉淀,不能用于鉴别两者,B错误;C.金属钠投入饱和氯化钠溶液中,钠与水反应生成氢氧化钠和氢气,Na+浓度增加,会有氯化钠固体析出,则观察到的实验现象为有无色气体放出和白色沉淀生成,C正确;D.物质的三态变化没有新物质生成,属于物理变化,D错误;故选C。
4.(2025·巴中恩阳区期中)为除去括号内的杂质,所选用的试剂或方法不正确的是( )
A.Na2CO3溶液(NaHCO3),选用适量的NaOH溶液
B.NaHCO3溶液(Na2CO3),应通入过量的CO2气体
C.Na2CO3溶液(Na2SO4),加入适量Ba(OH)2溶液,过滤
D.CO2中(HCl),将气体通入饱和的NaHCO3溶液
答案 C
解析 A.NaHCO3与NaOH溶液反应生成Na2CO3和H2O,可用NaOH溶液除去Na2CO3溶液中混有的NaHCO3,故A正确;B.Na2CO3与CO2、H2O反应生成NaHCO3,通入过量的CO2气体可除去NaHCO3溶液中混有的Na2CO3,故B正确;C.Na2CO3、Na2SO4均与Ba(OH)2溶液反应产生白色沉淀,不能除杂,故C错误;D.氯化氢与饱和碳酸氢钠反应生成二氧化碳,可以用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中含有的氯化氢,故D正确。
5.有关Na2CO3和NaHCO3性质,下列叙述错误的是( )
A.用加热固体,看是否生成能使澄清石灰水变浑浊的气体的方法,可以鉴别Na2CO3和NaHCO3
B.同一温度下,与等浓度的盐酸反应时,NaHCO3比Na2CO3剧烈
C.与同种酸反应生成等量的CO2时,所消耗的酸的量相等
D.将石灰水加入到NaHCO3溶液中将会产生沉淀
答案 C
解析 用加热固体,NaHCO3受热分解产生的CO2能使澄清石灰水变浑浊,而Na2CO3受热不分解,故可以鉴别Na2CO3和NaHCO3,A正确;由于Na2CO3与盐酸反应分步进行:Na2CO3+HCl===NaHCO3+NaCl,NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,故同一温度下,与等浓度的盐酸反应时,NaHCO3比Na2CO3剧烈,B正确;根据离子方程式可知:CO+2H+===H2O+CO2↑、HCO+H+===H2O+CO2↑,与同种酸反应生成等量的CO2时,所消耗的酸的量前者大于后者,C错误;将石灰水加入到NaHCO3溶液中将会产生沉淀,反应方程式为:Ca(OH)2+NaHCO3===CaCO3↓+NaOH+H2O或者Ca(OH)2+2NaHCO3===CaCO3↓+Na2CO3+2H2O,D正确。
6.(2025·西宁期末)某实验小组用pH传感器探究Na2CO3、NaHCO3与澄清石灰水的反应。根据下表中的实验过程及数据,判断下列说法错误的是( )
实验过程
实验数据
A.Ⅰ是空白实验,排除因体积变化对Ⅱ、Ⅲ溶液pH的影响
B.Ⅱ的烧杯中产生白色沉淀
C.Ⅱ和Ⅰ的pH曲线基本重合,说明Ⅱ中OH-没有参加反应
D.Ⅲ比Ⅱ的pH曲线低,说明Ⅲ初期发生反应:H++OH-===H2O
答案 D
解析 由题给信息可知,Ⅰ是空白实验,Ⅰ和Ⅱ的pH曲线基本重合,说明加入的碳酸根离子只与石灰水中的钙离子反应,不与氢氧根离子反应,Ⅲ比Ⅱ的pH曲线降低,说明反应开始时,少量的碳酸氢钠与石灰水反应生成碳酸钙沉淀、氢氧化钠和水,石灰水恰好完全反应时,碳酸氢钠与石灰水反应生成碳酸钙沉淀、碳酸钠和水。A.由分析可知,Ⅰ是空白实验,设计实验的目的是排除体积变化对Ⅱ、Ⅲ溶液pH的影响,故A正确;B.Ⅱ中碳酸根离子与石灰水中的钙离子反应,反应的离子方程式为CO+Ca2+===CaCO3↓,产生白色沉淀,故B正确;C.由分析可知,Ⅱ和Ⅰ的pH曲线基本重合,说明加入的碳酸根离子只与石灰水中的钙离子反应,不与氢氧根离子反应,故C正确;D.由分析可知,Ⅲ比Ⅱ的pH曲线降低,说明反应开始时,少量的碳酸氢钠与石灰水反应生成碳酸钙沉淀、氢氧化钠和水,反应的离子方程式为HCO+OH-+Ca2+===CaCO3↓+H2O,故D错误。
7.将一定物质的量的Na2CO3、NaHCO3组成的混合物溶于水,配成1 L溶液,取出50 mL溶液,然后滴加一定物质的量浓度的盐酸,得到的图像如图所示。
按要求回答问题:
(1)写出依次发生反应的化学方程式:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)①代表 的变化曲线;②代表 的变化曲线;③代表 的变化曲线。
(3)盐酸的物质的量浓度为 。
(4)加入盐酸为150 mL时,放出的CO2在标准状况下的体积为 。
答案 (1)Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3、NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑
(2)NaHCO3 NaCl Na2CO3
(3)0.05 mol·L-1 (4)0.112 L
解析 (3)当加入150 mL盐酸时正好生成NaCl溶液,n(HCl)=n(NaCl)=2n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=2.5×10-3×2 mol+2.5×10-3 mol=7.5×10-3 mol,c(HCl)==0.05 mol·L-1。(4)n(CO2)=n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=(2.5+2.5)×10-3 mol=5×10-3 mol,标况下V(CO2)=5×10-3 mol×22.4 L·mol-1=0.112 L。
8.某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体,用不同的方法做了以下实验,如图Ⅰ~Ⅳ所示。
(1)只根据图Ⅰ、Ⅱ所示实验,能够达到实验目的的是 (填装置序号)。
(2)图Ⅲ、Ⅳ所示实验均能鉴别这两种物质,其反应的化学方程式为 ;
与实验Ⅲ相比,实验Ⅳ的优点是 (填字母)。
A.Ⅳ比Ⅲ复杂
B.Ⅳ比Ⅲ安全
C.Ⅳ比Ⅲ操作简便
D.Ⅳ可以做到用一套装置同时进行两个对比实验,而Ⅲ不行
(3)若用实验Ⅳ验证碳酸钠和碳酸氢钠的稳定性,则试管B中装入的固体最好是 (填化学式)。
答案 (1)Ⅱ (2)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,CO2+Ca(OH)2===CaCO3↓+H2O D (3)NaHCO3
解析 (1)图Ⅰ不能达到实验目的,因为碳酸钠和碳酸氢钠均可以与盐酸反应产生二氧化碳,二氧化碳气体使澄清石灰水变浑浊;图Ⅱ可以鉴别,因为等质量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的稀盐酸反应,生成的二氧化碳气体的量不同,可根据气球膨胀程度来判断。(3)试管B装入碳酸氢钠,试管A装入碳酸钠,这样直接加热的碳酸钠,温度高,不分解,澄清石灰水不变浑浊,而间接加热的碳酸氢钠分解,澄清石灰水变浑浊,表明了碳酸氢钠不稳定。
考能提升练
选择题有1个或2个选项符合题意
9.如图为模拟侯氏制碱法制取NaHCO3的实验装置,下列说法正确的是( )
A.a装置中CaCO3可用Na2CO3代替
B.b装置中的溶液最好是饱和NaHCO3溶液,为了吸收CO2中HCl的作用
C.制取c装置中发生的离子反应方程式为2NH3+CO2+H2O+2Na+===Na2CO3+2NH
D.装置c中含氨的饱和食盐水提高了CO2吸收效率
答案 BD
解析 A.碳酸钠为粉末,使得隔板不起作用,A错误;B.生成二氧化碳气体中含有挥发的氯化氢气体,装置中的饱和碳酸氢钠溶液,可以吸收CO2中HCl,起到净化的作用,B正确;C.制取c装置中发生反应为二氧化碳和氯化钠、水、氨气生成溶解度较小的碳酸氢钠晶体,离子反应方程式为NH3+CO2+H2O+Na+===NaHCO3↓+NH,C错误;D.装置c中含氨的饱和食盐水显碱性,可以吸收更多的二氧化碳气体,提高了CO2吸收效率,D正确。
10.某研究性学习小组进行了研究膨松剂的蒸馒头实验。他们取一定量的面粉和水,和好面后分成六等份,按照下表加入对应物质后充分揉面,做成6个馒头放在同一个蒸锅里蒸制。实验完成后,他们比较6个馒头的大小和颜色,下列有关结论或解释不正确的是( )
编号
1
2
3
4
5
6
所加
物质
无
1g
Na2CO3
1g
NaHCO3
2g
NaHCO3
1gNaHCO3
和适量食醋
适量
酵母
A.1、2号馒头外形最小,且2号馒头呈黄色带碱味,说明Na2CO3不能单独做膨松剂
B.4号馒头会比3号馒头外形较大、颜色较深
C.3号馒头比5号馒头外形较小、颜色较深,说明等量的NaHCO3受热分解时比与酸反应时产生的气体较多、残留有碱性较强的物质
D.6号馒头中的酵母属于生物膨松剂,馒头蒸制过程中发生了化学反应
答案 C
解析 Na2CO3加热不分解,Na2CO3不能单独做膨松剂,A正确;4号馒头加入的碳酸氢钠比3号馒头多,分解生成的碳酸钠多、放出的二氧化碳气体多,所以4号馒头会比3号馒头外形较大、颜色较深,B正确;根据2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O和NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑可知,等量的NaHCO3受热分解时比与酸反应时产生的气体少,C错误;酵母是一种单细胞真菌微生物,是一种对人体有益的生物膨松剂,馒头蒸制过程中发生了化学反应,D正确。
11.工业纯碱中常含有NaCl、Na2SO4等杂质。研究小组设计了如下实验装置,通过纯碱与酸反应生成的m(CO2),测定质量为m g某工业纯碱的纯度,下列叙述正确的是( )
A.通过称量反应前后装置B的质量,获取m(CO2)
B.通过称量反应前后装置C的质量,获取m(CO2)
C.通过称量反应前后装置C和D的质量,获取m(CO2)
D.通过称量反应前后装置D的质量,获取m(CO2)
答案 B
解析 装置B的目的是干燥二氧化碳,不能通过称量反应前后装置B的质量,获取m(CO2),A错误;装置C的目的是吸收反应生成的二氧化碳,通过称量反应前后装置C的质量,可以获取m(CO2),B正确;装置D中的碱石灰可以防止外界空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置B,不能通过称量反应前后装置D的质量,获取m(CO2),C错误;装置D中的碱石灰可以防止外界空气中的二氧化碳和水蒸气进入装置B,不能通过称量反应前后装置D的质量,获取m(CO2),D错误。
12.某12 g Na2CO3样品中混有一定量的Na2SO4(设均不含结晶水),某实验小组设计如下方案测定样品中Na2CO3的质量分数。
(1)甲同学通过测定二氧化碳的质量来测定碳酸钠的质量分数,实验装置如图:
①主要实验步骤有:a.向装置中通入空气;b.称量干燥管B与装入碱石灰的总质量;c.打开分液漏斗活塞,使稀硫酸与样品充分反应。合理的步骤是 (可重复,用字母表示)。
②按气体从左向右的流向,干燥管A的作用是________________________________________________________________________,
干燥管C的作用是________________________________________________________________________。
③干燥管B增重4.4 g,则样品中Na2CO3的质量分数为 (结果保留四位有效数字)。
(2)乙同学利用图ⅰ、ⅱ、ⅲ三个仪器组装一套装置完成Na2CO3质量分数的测定,其中样品已称量完毕,ⅲ中装有CO2难溶于其中的液体。
ⅰ ⅱ ⅲ ⅳ
①ⅱ中盛装的是 (填字母)。
a.浓硫酸
b.饱和NaHCO3溶液
c.10 mol·L-1盐酸
d.2 mol·L-1硫酸
②用橡胶管连接对应接口的方式是:A接 ,B接 ,C接 (填各接口的字母)。
③在测量气体体积时,组合仪器与ⅳ装置相比更为准确,主要原因是 。
组合仪器相对于ⅳ装置的另一个优点是 。
④若样品的质量为1.2 g,在标准状况下利用装置ⅳ能否完成实验? (填“能”或“不能”),说明理由:________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)①abcab ②除去空气中的二氧化碳和水 防止空气中的水分和二氧化碳被干燥管B吸收 ③88.33%
(2)①d ②D E F ③装置ⅳ将滴下酸的体积也计入气体体积,而组合仪器没有 液体可以顺利滴下 ④不能 在标准状况下生成CO2的体积为224 mL,超过量气管的量程
解析 (1)①反应前先向装置中通入空气,除去装置中的二氧化碳,此时要测出干燥管B与所盛碱石灰的总质量,然后才能使样品与酸开始反应。充分反应后,再通入空气使反应生成的二氧化碳气体被干燥管B充分吸收,最后称量一下干燥管B的总质量,可求出反应生成的二氧化碳的质量,进一步求出样品中碳酸钠的质量分数。故操作顺序为: abcab;②按气体从左向右的流向,干燥管A的作用是除去空气中的二氧化碳和水,干燥管C的作用是防止空气中的水分和二氧化碳被干燥管B吸收;③干燥管B增重4.4 g,为CO2质量,物质的量为0.1 mol,根据碳元素守恒,则样品中Na2CO3的物质的量为0.1 mol,质量分数为×100%≈88.33%;(2)ⅰ、ⅱ、ⅲ三个仪器的连接方式如图:;①ⅱ中盛装的应该是能与碳酸钠反应生成二氧化碳的液体,应从酸中选择,不选c是由于盐酸浓度太大,易挥发,故选d;②根据实验原理的分析,用橡胶管连接对应接口的方式是:A接D,B接E,C接F。③在测量气体体积时,组合仪器与ⅳ装置相比更为准确,主要原因是装置ⅳ将滴下酸的体积也计入气体体积,而组合仪器没有。组合仪器相对于ⅳ装置的另一个优点是液体可以顺利滴下;④若样品的质量为1.2 g,结合(1),则理论生成CO2气体为0.01 mol,标况下体积为224 mL,而量气管最大体积为50 mL,则在标准状况下利用装置ⅳ不能完成实验,理由为:在标准状况下生成CO2的体积为224 mL,超过量气管的量程。
13.某碳酸钠(Na2CO3)固体样品中含有少量NaHCO3杂质。小组同学用不同的方案测定样品中碳酸钠的纯度。
已知:碳酸钠的纯度=×100%。
(1)方案1:
①操作x的名称是 。
②溶液B中所含的金属阳离子有________________________________________________________________________。
③该方案中,需测量的物理量有 。
(2)方案2:利用如图所示装置进行实验,通过测量样品与稀硫酸反应产生的二氧化碳的体积,计算样品中碳酸钠的纯度。
①样品中的NaHCO3与稀硫酸反应的离子方程式是________________________________________________________________________。
②将虚线框中的装置补充完整。
③为了提高测量的准确性,B中试剂的选择依据是________________________________________________________________________。
(3)方案3:称量m g样品,并使其充分加热,冷却至室温,再称量固体质量为n g。则样品中碳酸钠的纯度= (用代数式表示)。
答案 (1)过滤 Na+、Ca2+ 样品的质量及固体D的质量
(2)HCO+H+===H2O+CO2↑ B中的溶液应尽可能不溶解CO2,最好采用排饱和NaHCO3溶液的方法
(3)×100%
解析 (1)某碳酸钠(Na2CO3)固体样品中含有少量NaHCO3杂质,加水溶解的到溶液A含Na2CO3及NaHCO3,加入氢氧化钙溶液,则碳酸钠转化为碳酸钙沉淀和氢氧化钠,故操作x是过滤,溶液B含有氢氧化钠、碳酸氢钠及少量氢氧化钙,故含有的金属阳离子为Na+及Ca2+,沉淀C为碳酸钙沉淀,经过洗涤干燥,得到固体D为碳酸钙;根据样品纯度=×100%,由此需测量的物理量是反应前m(样品)及反应后m(CaCO3),再通过化学反应方程式的系数关系计算出m(Na2CO3)。(2)NaHCO3与稀硫酸反应生成二氧化碳和水和硫酸钠,离子方程式是:HCO+H+===H2O+CO2↑;该装置的目的是通过测量样品与稀硫酸反应产生的二氧化碳的体积,通过化学反应方程式的系数关系计算出样品中的碳酸氢钠,从而计算出碳酸钠的纯度,所以B中的溶液应尽可能不溶解CO2,所以最好采用排饱和NaHCO3溶液的方法,导管应该是短进长出;为了提高测量的准确性,B中的溶液应尽可能不溶解CO2,最好采用排饱和NaHCO3溶液的方法。(3)设样品中含有NaHCO3杂质的质量为x,根据2NaHCO3===Na2CO3+CO2↑+H2O 可知,2×84∶62=x∶(m g-n g),解得x=g,则w(Na2CO3)=1-=。
微课题7 侯氏制碱法与碳酸钠质量分数的测定
一、侯氏制碱法
1.制备原料
食盐、氨气、二氧化碳——合成氨厂用水煤气制取氢气时的废气;其反应为C+H2O(g)CO+H2,CO+H2O(g)CO2+H2。
2.工艺流程
3.反应原理
①产生NaHCO3的反应:NH3+NaCl+CO2+H2O===NaHCO3↓+NH4Cl。
②产生Na2CO3的反应:2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑。
4.绿色思想
循环使用的物质为CO2、饱和食盐水。
1.实验室用下列装置模拟侯氏制碱法制取少量NaHCO3固体。不能达到实验目的的是( )
A.装置Ⅰ制取CO2
B.装置Ⅱ中Na2CO3溶液可除去CO2中的少量HCl
C.装置Ⅲ中冰水浴有利于析出NaHCO3固体
D.装置Ⅳ可获得少量NaHCO3固体
答案 B
解析 A.在装置Ⅰ中利用稀盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、二氧化碳和水,可制取CO2,选项A正确;B.除去CO2中的少量HCl必须用饱和碳酸氢钠溶液,装置Ⅱ中Na2CO3溶液可与二氧化碳反应,选项B错误;C.装置Ⅲ中冰水浴使温度降低,有利于析出NaHCO3固体,选项C正确;D.通过过滤利用装置Ⅳ可获得少量NaHCO3固体,选项D正确;答案选B。
2.1943年我国化工专家侯德榜创立了“侯氏制碱法”,提高了氯化钠的利用率,利用了水煤气厂的废气氨气,具有环保、节能效果。
(1)“侯氏制碱法”以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。碳酸氢铵与饱和食盐水反应,能析出碳酸氢钠晶体的判断依据是 。
A.碳酸氢钠难溶于水
B.碳酸氢钠受热易分解
C.碳酸氢钠的溶解度相对较小,在溶液中首先结晶析出
(2)在实验室里甲同学做完氨喷泉实验的溶液配成含氨的饱和和食盐水,向其中通入二氧化碳,以制备碳酸氢钠,实验装置如下图①所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。
①丁装置中稀硫酸的作用是________________________________________________________________________。
②实验结束后,分离出NaHCO3晶体的操作是 (填分离操作的名称)。
(3)实验室里乙同学利用图②装置和现有仪器结合所学的知识,减少加热分解碳酸氢钠的步骤,用实验室剩余NaOH溶液制备碳酸钠溶液。请回答下列问题:
①要完成制备实验,除图②装置中的仪器外还必需的仪器是 。
②写出最后一步在试管中生成碳酸钠溶液的离子反应方程式为 。
③实验准备就绪后,先打开活塞3,关闭活塞2,再打开活塞1(根据需要可关开)。一段时间后,应该 (填具体操作)。则Y可以是 。
④该实验设计有不妥之处,排除混有NaOH或NaHCO3杂质外,还可能在制备的碳酸钠溶液中混有其他杂质,则该杂质及其产生的原因分别是 。
(4)利用“双指示剂”滴定方法测定纯碱组成和含量。取一定量的纯碱配成溶液,用盐酸滴定纯碱溶液得到图③曲线,若纯碱中含有的杂质为碳酸氢钠,则数据符合 (用V1、V2大小关系表示)。
答案 (1)C
(2)吸收未反应的NH3 过滤
(3)量筒 HCO+OH-===CO+H2O 关闭活塞3,打开活塞2 煤油或苯 因挥发出来HCl没有除去,易产成NaCl杂质
(4)(V2-V1)>V1或V2>2V1
解析 工业上“侯氏制碱法”是在饱和食盐水中依次通入氨气和二氧化碳,由于氨气在水中的溶解度大,所以先通入氨气,通入足量的氨气后再通入二氧化碳,生成了碳酸氢钠,由于碳酸氢钠的溶解度较小,所以溶液中有碳酸氢钠晶体析出,将碳酸氢钠晶体加热后得纯碱碳酸钠,据此分析解答。(1)A.碳酸氢钠是钠盐易溶于水,故不选A;B.碳酸氢钠受热易分解,与其在溶液中首先结晶析出无关,故不选B;C.碳酸氢钠的溶解度相对于氯化铵来说碳酸氢钠的溶解度更小一些,所以在溶液中首先结晶析出,故选C;选C。(2)氨气易挥发,丁装置中稀硫酸的作用是吸收未反应的NH3,防止污染。②实验结束后,NaHCO3结晶析出,分离出NaHCO3晶体的操作是过滤。(3)NaOH与足量CO2很容易转化为NaHCO3溶液,NaHCO3转化为碳酸钠发生反应NaOH+NaHCO3===Na2CO3+H2O, 1NaHCO3~1NaOH,所以需要将NaOH分为两等份,除图②装置中的仪器外还必需的仪器是量筒。②最后一步氢氧化钠和碳酸氢钠反应生成碳酸钠,反应的离子反应方程式为HCO+OH-===CO+H2O。先将足量CO2通入右侧试管中,制备NaHCO3溶液,然后再将烧瓶中的小试管里的NaOH排到烧杯中与先生成的NaHCO3发生反应。因此操作是关闭活塞3,打开活塞2,为防止CO2溶解于烧瓶中试管内的NaOH,用油封的方法,即Y为煤油(或苯);图二的设计中制CO2所用的盐酸挥发,HCl未除,与NaOH易生成杂质氯化钠。(4)若只有碳酸钠,加入V1 mL盐酸发生反应CO+H+===HCO,加入V1~V2 mL盐酸发生反应HCO+H+===H2O+CO2↑,则2V1=V2,若纯碱中含有的杂质为碳酸氢钠,则数据符合2V1<V2。
二、测定碳酸钠质量分数的常用方法
1.气体法(假设杂质为NaCl)
(1)测定原理:Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑。
依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱中Na2CO3的含量。
(2)实验操作:向m g纯碱样品中加入足量的稀硫酸,准确测量产生CO2气体的体积为V mL(已折算为标准状况)。
(3)数据处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为 mol×106 g·mol-1= g,则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%=%。
2.沉淀法(假设杂质为NaCl)
(1)测定原理:Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl。
依据BaCO3沉淀的质量,确定Na2CO3的物质的量,进而确定纯碱中Na2CO3的含量。
(2)实验操作:先将m g纯碱样品溶于水配成溶液,向溶液中加入过量的BaCl2溶液,经过滤、洗涤、干燥得BaCO3沉淀的质量为n g。
(3)数据处理
纯碱样品中Na2CO3的质量为×106 g·mol-1= g,则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%=×100%。
3.双指示剂滴定法(以Na2CO3、NaHCO3混合物为例)
(1)在混合物的试液中先加入酚酞指示剂,此时溶液呈红色,用盐酸标准溶液滴定至溶液刚好褪色,这是第一滴定终点。Na2CO3被滴定成NaHCO3。滴定反应为:Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,设在第一滴定终点时消耗的盐酸标准溶液的体积为V1 (mL)。
(2)再加入甲基橙指示剂,继续用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色即为终点。此时NaHCO3被滴定成H2CO3,反应式为NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,设此阶段消耗盐酸标准溶液的体积为V2 (mL)。
(3)根据V1和V2可以计算出混合物样品中Na2CO3、NaHCO3两种物质的含量。
1.下列实验方案中,不能测定Na2CO3和NaHCO3混合物中Na2CO3质量分数的是( )
A.取a克混合物与足量稀硫酸充分反应,逸出气体用碱石灰吸收,增重b克
B.取a克混合物与足量稀盐酸充分反应,加热、蒸干、灼烧,得b克固体
C.取a克混合物充分加热,减重b克
D.取a克混合物与足量Ba(OH)2溶液充分反应,过滤、洗涤、烘干,得b克固体
答案 A
解析 A.逸出气体含有水蒸气,不能测定;B.最后得到的是氯化钠,可以测定;C.最后得到的是碳酸钠,可以测定;D.最后得到的是碳酸钡,可以测定;答案选A。
2.为测定Na2CO3·10H2O、NaHCO3的混合物中NaHCO3的含量,设计如下实验:取一定质量的混合物,通过测量反应前后③装置质量的变化,测定该混合物中NaHCO3的质量分数。
完成下列问题:
(1)U型管①②③盛装的均为固态物质,可选试剂依次为 (选填编号)。U型管③吸收的气体为 。
a.碱石灰
b.无水氯化钙
c.无水硫酸铜
(2)干燥管中无水硫酸铜的作用是 。实验装置最后的干燥管中碱石灰的作用 。
(3)实验停止加热后,继续通入空气一段时间的原因是________________________________________________________________________。
(4)再设计一种测定上述混合物中NaHCO3含量的方案,并注明需要测定的物理量________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
答案 (1)a b a CO2
(2)检验水蒸气是否已经被完全除去 防止空气中的CO2和水蒸气被③吸收,导致③质量增大
(3)将反应产生的CO2全部赶入装置③
(4)方案一:取样品m克配成100 mL溶液,取出20 mL溶液用一定浓度标准盐酸进行滴定(用甲基橙或酚酞作指示),消耗盐酸V mL,数据处理或方案二:取样品m1克,置于已知质量的坩埚中灼烧、冷却、称量,并做恒重操作得m2克,数据处理
解析 根据实验装置图可知,该实验方案的原理是:加热样品,发生反应Na2CO3·10H2ONa2CO3+10H2O、2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑,通过测定样品受热产生的CO2的质量确定NaHCO3的含量;为了使CO2测量准确,加热样品前要先通入空气,经U型管①吸收空气中的CO2和H2O(g),用不含CO2和H2O(g)的空气排尽装置中的空气,然后对样品加热,使样品充分反应,U型管②吸收反应生成的H2O(g),无水硫酸铜用于检验反应生成的H2O(g)是否被完全吸收,U型管③吸收反应生成的CO2,U型管③反应前后增加的质量即为反应生成的CO2的质量;为使反应生成的CO2在U型管③中全部被吸收,停止加热后需继续通入一段时间的空气将反应产生的CO2全部赶入U型管③中;为防止外界空气的CO2和H2O(g)进入U型管③中,最后干燥管中的碱石灰用于吸收外界空气中的CO2和水蒸气;(1) U型管①②③盛装的均为固态物质,根据分析,U型管①中试剂用于吸收空气中的CO2和H2O(g),选用碱石灰,选a;U型管②中试剂用于吸收反应生成的H2O(g)、不吸收CO2,选用无水CaCl2,选b;U型管③中试剂用于吸收反应生成的CO2,选用碱石灰,选a;故答案为:a;b;a;CO2。(2)为使CO2的测量准确,U型管②必须将反应生成的H2O(g)完全吸收,故干燥管中无水硫酸铜的作用是检验水蒸气是否已经被完全除去,若被完全除去,则无水硫酸铜不变蓝;实验装置最后的干燥管中碱石灰的作用是防止外界空气中的CO2和水蒸气被③吸收,导致③质量增大;故答案为:检验水蒸气是否已经被完全除去;防止空气中的CO2和水蒸气被③吸收,导致③质量增大。(3)停止加热后,有部分CO2残留在硬质玻璃管、U型管②、导管中等,继续通入空气一段时间可将反应产生的CO2全部赶入装置③,使反应生成的CO2全部被③中碱石灰吸收;故答案为:将反应产生的CO2全部赶入装置③。(4)常用的测定混合物含量的实验方法有:滴定分析法、重量分析法等;根据Na2CO3·10H2O和NaHCO3的性质,可采用滴定分析法,实验方案为:取样品m克配成100 mL溶液,取出20 mL溶液用一定浓度标准盐酸进行滴定(用甲基橙或酚酞作指示),消耗盐酸V mL,数据处理;也可采用重量分析法,实验方案为:取样品m1克,置于已知质量的坩埚中灼烧、冷却、称量,并做恒重操作得m2克,数据处理;故答案为:方案一:取样品m克配成100 mL溶液,取出20 mL溶液用一定浓度标准盐酸进行滴定(用甲基橙或酚酞作指示),消耗盐酸V mL,数据处理或方案二:取样品m1克,置于已知质量的坩埚中灼烧、冷却、称量,并做恒重操作得m2克,数据处理。
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