鲁科版高考化学一轮总复习第1章第1节素养提升1测定纯碱纯度的实验探究课时学案

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测定纯碱纯度的常用方法
1．气体法
(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eq \f(V,22 400) ml×106 g·ml－1＝eq \f(106V,22 400) g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为eq \f(\f(106V,22 400) g,m g)×100%＝eq \f(53V,112m)%。
2．沉淀法
(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eq \f(n g,197 g·ml－1)×106 g· ml－1＝eq \f(106n,197) g，则纯碱样品中Na2CO3的质量分数为eq \f(\f(106n,197) g,m g)×100%＝eq \f(106n,197m)×100%。
1．为精确测定工业纯碱中碳酸钠的质量分数(含少量NaCl)，准确称量W g样品进行实验，下列实验方法所对应的实验方案和测量数据合理的是( )
A 解析：用酚酞做指示剂时，Na2CO3与盐酸发生反应Na2CO3＋HCl===NaCl＋NaHCO3，依据消耗盐酸的量可以计算出样品中Na2CO3的量，进而确定样品中Na2CO3的质量分数，A项正确；测量碱石灰增重的方法是重量法而不是量气法，B项错误；样品中加入足量盐酸，因盐酸的质量未知，无法通过重量法测量Na2CO3的质量，C项错误；因部分CO2能溶解到水里，与水反应生成H2CO3，故排出水的体积并不是CO2的体积，D项错误。
2．(2020·安阳模拟)为了测定NaCl、Na2CO3·10H2O和NaHCO3的混合物中各组分的含量，某同学设计如下实验：取一定质量的混合物，通过测量反应前后②和③装置质量的变化，测定该混合物中各组分的质量分数。下列说法中错误的是( )
A．①②③中可以依次盛装碱石灰、无水CaCl2、碱石灰
B．硬质玻璃管加热前，应关闭b，打开a，缓缓通入空气，直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止
C．若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶，则测得的NaCl含量偏大
D．实验过程中一直通入空气，停止加热后再停止通入空气
C 解析：根据实验目的和装置的连接顺序可知：装置①用于吸收空气中的CO2和水蒸气，可以使用碱石灰；装置②吸收Na2CO3·10H2O和NaHCO3分解生成的水蒸气，可以使用无水CaCl2；装置③吸收碳酸氢钠分解生成的CO2，使用碱石灰，A项正确。实验前必须将装置中的水蒸气和CO2赶净，避免影响测定结果，硬质玻璃管加热前，应关闭b，打开a，缓缓通入空气，直至a处出来的空气不再使澄清石灰水变浑浊为止，B项正确。若将①装置换成盛放NaOH溶液的洗气瓶，则会增加水的质量，使测得Na2CO3·10H2O和NaHCO3的含量偏高，NaCl的含量偏低，C项错误。实验过程中一直通入空气，停止加热后继续通入空气，使存留在装置中的CO2和水蒸气完全被吸收，D项正确。
3．小苏打长期放置在空气中会变质(部分转变为Na2CO3)，某研究小组欲测定某小苏打样品中NaHCO3的质量分数，设计如下实验方案：
Ⅰ.加热分解法
利用图1装置，充分加热小苏打样品。
(1)仪器a的名称为________。
(2)在实验过程中，需要测量的实验数据如下：
①仪器a的质量；
②____________________________________________________；
③____________________________________________________。
Ⅱ.测量气体体积法
利用图2装置，测定反应生成气体的体积。
(3)组装好仪器后，首先进行的操作为_____________________。
(4)导管g的作用为_________________________。
(5)为了减小实验误差，B、C中最好用________溶液代替水。
(6)待反应结束，气体冷却至室温后，利用图示装置读取气体体积时，应注意的事项如下：
①____________________________________________________。
②____________________________________________________。
(7)若所取样品的质量为m g，反应前量气管C的读数为V1 mL，反应结束后量气管C的读数为V2 mL，则样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之和为________(气体体积均已换算为标准状况下的体积)。
解析：(7)根据碳原子守恒，1 ml碳原子对应1 ml二氧化碳，二氧化碳的物质的量为eq \f(V1－V2,22 400) ml，所以样品中NaHCO3和Na2CO3的物质的量之和为eq \f(V1－V2,22 400) ml。
答案：(1)坩埚
(2)②加热前，仪器a和样品的总质量
③加热冷却后，仪器a和残留物的总质量
(3)检查装置的气密性
(4)平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压，使液体顺利流下
(5)饱和NaHCO3
(6)①读数时应上下移动C管，使B、C两管液面相平
②视线与液面最低处相平
(7)eq \f(V1－V2,22 400) ml
4．(2020·周口模拟)四个化学小组的同学测定某Na2CO3固体样品(仅含NaCl杂质)的纯度，他们提出了各自的气体分析法。
(1)第一小组用图1所示装置，仪器A的名称为________，将m1 g混合物与足量稀硫酸反应后，测定产生的CO2气体的体积。实验开始时需检查该装置的气密性，具体的操作方法是__________________________。
(2)第二小组用图2所示装置测定CO2的质量。该装置存在的明显缺陷是________________________________________ (填一处)。
(3)第三小组在第二小组装置的基础上，解决了第二小组装置的问题。所用到的装置如图3所示，则装置的连接顺序为a→______________________(填接口字母，图中仪器可重复使用)。实验中取样品m1 g，称得干燥管的质量为m2 g，样品与足量稀硫酸反应后称得干燥管的质量为m3 g，则Na2CO3的纯度表达式为_________________________________________________________。
(4)第四小组设计用沉淀法来测定。方法是滴加沉淀剂使碳酸钠转化为沉淀，然后过滤、洗涤、干燥后称量沉淀质量。经讨论认为应用Ba(OH)2溶液代替澄清石灰水做沉淀剂，其原因是________(填字母)。
a．Ba(OH)2比Ca(OH)2便宜
b．Ba(OH)2的溶解度大于Ca(OH)2的，可以增大Ba(OH)2的浓度，无须加入过大体积的沉淀剂
c．相同条件下，CaCO3的溶解度明显小于BaCO3
d．吸收等量的CO2生成BaCO3的质量大于CaCO3，测量误差小
解析：(3)样品m1 g，称得干燥管质量为m2 g，与足量稀硫酸反应后称得干燥管质量为m3 g，干燥管增加的质量等于生成的CO2的质量，为(m3－m2) g，依据碳元素守恒计算，碳酸钠的纯度为eq \f(\f(106×m3－m2,44),m1)×100%＝eq \f(106m3－m2,44m1)×100%。(4)Ca(OH)2比Ba(OH)2便宜，a项错误；相同条件下，CaCO3、BaCO3的溶解度相差不大，c项错误。
答案：(1)分液漏斗 关闭仪器A的活塞，将注射器活塞拉出一定距离，一段时间后松开活塞，若活塞能回到原位，证明该装置的气密性良好
(2)CO2气体中混有水蒸气(或空气中的CO2和水蒸气会进入干燥管中或装置中的CO2没有全部被碱石灰吸收)
(3)f→g→c→b→d→e→c→b(或f→g→c→b→d→e→d→e) eq \f(106m3－m2,44m1)×100%
(4)bd选项
实验方法
实验方案
测量数据
A
滴定法
将样品配成100 mL溶液，取10 mL，加入酚酞，用标准盐酸滴定
消耗盐酸的体积
B
量气法
将样品与盐酸反应，生成的气体全部被碱石灰吸收
碱石灰增加的质量
C
重量法
将样品放入烧瓶中，置于电子天平上，加入足量盐酸
减少的质量
D
量气法
将样品与盐酸反应，气体通过排水量气装置量气
排出水的体积