Question

兩組同學對碳酸鈉和碳酸氫鈉的混合物與酸的反應進行探究．
Ⅰ．一組同學用下圖裝置來測定混合物中碳酸鈉的質量分數(shù)（鐵架臺、鐵夾等在圖中均已略去），實驗步驟如下：
①按圖連接裝置，并檢查氣密性；
②準確稱得盛有堿石灰的干燥管C的質量為83.40g；
③準確稱得5.08g混合物放入容器b中；
④打開分液漏斗a的旋塞，緩緩滴入稀硫酸，至不再產(chǎn)生氣泡為止；
⑤稱取反應后干燥管C的質量．
試回答：
（1）若沒有B裝置，則會導致測定結果

 

（填“偏大”或“偏小”）．
（2）D裝置的作用是

 

．
（3）有同學質疑，該小組在實驗過程中，即使保證沒有氣體外逸，測得的結果仍將偏高，其原因可能是

 

．
（4）改進實驗后（改進裝置圖略，原實驗數(shù)據(jù)不變），測得反應后干燥管C的總質量為85.60g．計算混合物中Na₂CO₃的質量分數(shù)為

 

%（計算結果保留兩位小數(shù)）．
Ⅱ．另一組同學認為一定量的混合物中，當碳酸鈉的含量不同時消耗硫酸的量也不同，對此進行了探究．向總物質的量為0.5mol碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物（其中碳酸鈉的物質的量分數(shù)為x）中滴加0.5mol?L^-1硫酸至不再產(chǎn)生氣泡為止，則至少需硫酸的體積y隨x的變化關系為y=

 

；
在圖畫出y隨x變化的曲線．

Answer 1

考點：有關混合物反應的計算,探究碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質

專題：計算題,實驗設計題

分析：Ⅰ．實驗原理為：一定量的碳酸鈉、碳酸氫鈉與硫酸反應生成二氧化碳，利用B中濃硫酸干燥、吸收二氧化碳中水蒸氣，用C中堿石灰吸收二氧化碳，根據(jù)C裝置增重確定生成二氧化碳的質量，列方程計算出各自的質量，進而確定混合物中Na₂CO₃的質量分數(shù)．空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入C裝置會影響實驗結果，D裝置防止二氧化碳和水蒸氣進入C裝置，由于A中產(chǎn)生的二氧化碳會殘留在A、B裝置中，不能被C中的堿石灰吸收吸收，反應中碳酸鈉、碳酸氫鈉中碳元素都轉化到二氧化碳中，碳酸鈉中碳元素的質量分數(shù)小于碳酸氫鈉，故生成二氧化碳的質量越小，碳酸鈉的質量分數(shù)越大；
Ⅱ．首先發(fā)生反應2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，然后發(fā)生反應2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O，結合方程式確定y與x的關系，據(jù)此作圖．

解答： 解：Ⅰ．實驗原理為：一定量的碳酸鈉、碳酸氫鈉與硫酸反應生成二氧化碳，利用B中濃硫酸干燥、吸收二氧化碳中水蒸氣，用C中堿石灰吸收二氧化碳，根據(jù)C裝置增重確定生成二氧化碳的質量，列方程計算出各自的質量，進而確定混合物中Na₂CO₃的質量分數(shù)．空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入C裝置會影響實驗結果，D裝置防止二氧化碳和水蒸氣進入C裝置，
（1）B裝置中濃硫酸干燥、吸收二氧化碳中水蒸氣，若沒有B裝置，導致C中測定的二氧化碳質量偏大，反應中碳酸鈉、碳酸氫鈉中碳元素都轉化到二氧化碳中，碳酸鈉中碳元素的質量分數(shù)小于碳酸氫鈉，故生成二氧化碳的質量越大，碳酸鈉的質量越小，會導致碳酸鈉質量分數(shù)偏小，
故答案為：偏��；
（2）空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入C裝置會影響實驗結果，D裝置防止二氧化碳和水蒸氣進入C裝置，
故答案為：防止二氧化碳和水蒸氣進入C裝置；
（3）由于A中產(chǎn)生的二氧化碳會殘留在A、B裝置中，不能被C中的堿石灰吸收吸收，導致C裝置中測定二氧化碳的質量偏小，反應中碳酸鈉、碳酸氫鈉中碳元素都轉化到二氧化碳中，碳酸鈉中碳元素的質量分數(shù)小于碳酸氫鈉，故生成二氧化碳的質量越小，碳酸鈉的質量越小，導致碳酸鈉的質量分數(shù)偏高，
故答案為：A中產(chǎn)生的二氧化碳氣體無法完全排出被C中的堿石灰吸收；
（4）測得反應后干燥管C的總質量為85.60g，則生成的二氧化碳質量=85.60g-83.40g=2.2g，其物質的量=

2.2g

44g/mol

=0.05mol，令Na₂CO₃、NaHCO₃的物質的量分別為xmol、ymol，則：

x+y=0.05 106x+84y=5.08

，解得x=0.04、y=0.01
故混合物中Na₂CO₃的質量分數(shù)=

0.04mol×106g/mol

5.08g

×100%=83.46%，
故答案為：83.46；
Ⅱ．取0.5mol碳酸鈉與碳酸氫鈉的混合物，其中碳酸鈉的物質的量分數(shù)為x，則碳酸鈉為0.5x mol，碳酸氫鈉為0.5（1-x）mol，滴加0.5mol?L^-1硫酸至不再產(chǎn)生氣泡為止，則：
    2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，
0.5x mol  0.25x mol  0.5x mol
碳酸鈉完全轉化為碳酸氫鈉后，碳酸氫鈉總物質的量=0.5（1-x）mol+0.5x mol=0.5mol，
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O
0.5mol  0.25mol
故消耗硫酸的物質的量=0.25x mol+0.25mol=（0.25x+0.25）mol，
故需要硫酸的體積y=

(0.25x+0.25)mol

0.5mol/L

=（0.5x+0.5）L，
y隨x變化的曲線圖為，
故答案為：0.5x+0.5；．

點評：本題考查物質含量的測定，涉及化學實驗、化學計算等，明確測定原理是關鍵，側重對基礎知識的綜合考查與遷移應用，難度中等．