Question

15．為測定某碳酸氫鈉樣品純度（含有少量氯化鈉），學生設計了如下幾個實驗方案（每個方案均稱取m₁g樣品），請回答每個方案中的問題．
[方案Ⅰ]選用重量法進行測定：可用圖1中的裝置進行實驗．

（1）A裝置中NaOH溶液的作用是吸收空氣中的CO₂若直接向試樣溶液中鼓入空氣會導致實驗測定結果偏高（填“偏高”、“偏低”或“無影響”）．
（2）該方案需直接測定的物理量是裝置C反應前后的質量．
[方案Ⅱ]選用氣體體積法進行測定：可用如圖2中的裝置進行實驗，為了減小實驗誤差，量氣管中加入飽和NaHCO₃溶液．
（3）通過實驗，測得該試樣中碳酸氫鈉質量分數偏低，產生這種現象的原因可能是b．
a．測定氣體體積時未冷卻至室溫
b．測定氣體體積時水準管的液面高于量氣管的液面
c．Y型管中留有反應生成的氣體
d．氣體進入量氣管前未用濃硫酸干燥
[方案Ⅲ]選用滴定法進行測定：
（4）稱取m₁g樣品，配成100mL溶液，取出20mL，用c mol•L^-1的標準HCl溶液滴定，消耗體積為VmL，則該試樣中碳酸氫鈉質量分數的計算表達式為：$\frac{84vV×1{0}^{-3}g×\frac{100ml}{20ml}}{{m}_{1}g}$×100%．

Answer 1

分析 （1）本題是通過碳酸氫鈉與硫酸反應生成二氧化碳，再用堿石灰吸收二氧化碳，通過二氧化碳的質量求碳酸氫鈉的質量分數，故應排除空氣中二氧化碳的干擾，若不吸收空氣中的二氧化碳會導致測定結果偏高．
（2）需要直接測定的物理量是裝置C反應前后的質量，其質量差即為二氧化碳的質量．
（3）a項會使測定結果偏高；b項氣體壓強大于大氣壓，會使測定的體積偏小，導致碳酸氫鈉的測定結果偏低；c項，原Y形管內有空氣，后留有反應產生的氣體不影響實驗結果；本題是用排水集氣法測定氣體體積，不需要干燥，d項無影響．
（4）根據化學方程式：NaHCO₃+HCl═NaCl+CO₂↑+H₂O，可知反應消耗的鹽酸與碳酸氫鈉的物質的量相等．

解答 解：（1）本題是通過碳酸氫鈉與硫酸反應生成二氧化碳，再用堿石灰吸收二氧化碳，通過二氧化碳的質量求碳酸氫鈉的質量分數，故應排除空氣中二氧化碳的干擾，若不吸收空氣中的二氧化碳會導致測定結果偏高，
故答案為：吸收空氣中的CO₂；偏高；
（2）本題是通過碳酸氫鈉與硫酸反應生成二氧化碳，再用堿石灰吸收二氧化碳，通過二氧化碳的質量來計算碳酸氫鈉的質量，故需要直接測定的物理量是裝置C反應前后的質量，其質量差即為二氧化碳的質量，
故答案為：裝置C反應前后的質量；
（3）a項：測定氣體體積時未冷卻至室溫，由于熱脹冷縮，導致所測體積偏大，會使測定結果偏高；b項氣體壓強大于大氣壓，會使測定的體積偏小，導致碳酸氫鈉的測定結果偏低；c項，原Y形管內有空氣，后留有反應產生的氣體不影響實驗結果；本題是用排水集氣法測定氣體體積，不需要干燥，d項無影響；故選b，
故答案為：b；
（4）碳酸氫鈉和鹽酸反應方程式：
NaHCO₃+HCl═NaCl+CO₂↑+H₂O，
84g   1mol
m   cmol/L×VmL×10^-3L/mol
m=×$\frac{84g×cmol/L×Vml×1{0}^{-3}L/mol}{1mol}$=84cV×10^-3g，
碳酸氫鈉的質量分數為$\frac{84vV×1{0}^{-3}g×\frac{100ml}{20ml}}{{m}_{1}g}$×100%．
故答案為：$\frac{84vV×1{0}^{-3}g×\frac{100ml}{20ml}}{{m}_{1}g}$×100%．

點評 本題考查較為綜合，為高考常見題型，側重于學生的分析能力、計算能力和實驗能力的考查，注意把握物質的性質以及反應的實驗原理，難度中等．通過本題我們要知道在完成實驗時要盡可能的排除可能對實驗結果產生影響的因素，例如本題中空氣中二氧化碳對實驗結果的影響，水蒸氣的影響等．