（17分）工业上制纯碱的方法是向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳

问题实验题

（17分）工业上制纯碱的方法是向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳，获得碳酸氢钠晶体，再将所得碳酸氢钠晶体加热分解后即可得到纯碱（纯碱样品中Na₂CO₃的质量分数为92%~96%）。涉及到的化学方程式有：

NH₃+CO₂+H₂O → NH₄HCO₃，NH₄HCO₃+NaCl（饱和）→ NaHCO₃↓+NH₄Cl，。请回答：

（1）工业制得的纯碱中常常含有少量的氯化钠杂质，其主要原因是。

（2）现有甲、乙、丙三个学生，欲测定某工业纯碱样品中Na₂CO₃的质量分数，分别设计如下方案，请你帮助他们完成如下实验。

甲：用（填实验仪器）称取10.0g样品，利用上图所示装置，测出反应后装置C中碱石灰增重3.52g。装置D中碱石灰的作用是。

乙：准确称取10.00g样品后，用（填实验仪器）配成1000mL溶液，用

式滴定管量取25.00mL放入锥形瓶中，加入2滴酚酞作指示剂，用0.15mol·L^－¹的标准盐酸溶液滴定至终点（有关反应为Na₂CO₃+HCl → NaCl+NaHCO₃）。完成三次平行实验后，消耗盐酸体积的平均值为15.00mL。

丙：准确称取10.00g样品后，向其中加入过量的盐酸，充分反应直至样品中无气泡冒出，蒸干混合溶液将所得到固体物质于干燥器中冷却至室温后称量。反复加热、冷却、称量，直至所称量的固体质量几乎不变为止，此时所得固体的质量为10.99g。请分析、计算后填表：

分析与计算分组	计算样品中碳酸钠的质量分数	实验结果的评价	实验失败的主要原因及对结果的影响
甲		失败
乙		成功
丙		成功

答案

（1）在饱和氯化钠溶液中通入氨气和二氧化碳后，发生反应NH₃+CO₂+H₂O=NH₄HCO₃，消耗了部分水，从而会有部分氯化钠晶体析出（2分）

（2）甲：托盘天平、药匙、滤纸（共2分，少一个扣0.5分）　　防止空气中的水蒸气和二氧化碳进入C，减小实验误差（2分）

乙：烧杯、玻璃棒、胶头滴管、1000mL 的容量瓶（2分）　　碱（1分）　

丙：（共8分，每空2分）

计算样品中碳酸钠的质量分数	实验失败的主要原因及对结果的影响
84.8%	反应生成的CO₂部分残留在瓶A中，没有被完全吸收，结果偏小
95.4%
95.4%

（1）因NaCl形成饱和溶液，析出NaCl晶体应该与溶剂H₂O减少有关，当饱和NaCl溶液中通入NH₃、CO₂发生反应时，由于要消耗H2O，引起少量NaCl晶体析出从而混入NaHCO₃中，当加热NaHCO₃时，NaCl不会消失而形成杂质。

（2）根据甲测定原理，样品中的Na₂CO₃与盐酸反应产生CO₂、H₂O，根据装置C中质量增加得出CO₂质量，从而得到Na₂CO₃质量，继而得到Na₂CO₃质量分数，但由于空气中中的CO₂、H₂O会进入装置C中引起误差，利用装置D可阻止空气的CO₂、H₂O进入装置C而减少实验误差。根据乙方案测定原理，是利用中和滴定原理来测定Na₂CO₃含量的，准确称取样品后，需用1000mL 容量瓶、烧杯、玻璃棒、胶头滴管仪器将样品配制成溶液。由于样品溶液呈碱性，所以需用碱式滴定管来盛装。丙方案是根据样品中的Na₂CO₃与盐酸充分反后残留固体的质量来确定Na₂CO₃含量。甲方案中碱石灰吸收的CO₂质量为3.52g，可得Na₂CO₃质量为＝0.08mol×106g/mol＝8.48g，Na₂CO₃质量分数＝84.8%<92%，测定结果偏低，说明装置中的CO₂没有被碱石灰完全吸收。乙方案中，n(Na₂CO₃)＝＝0.09mol，Na₂CO₃的质量＝0.09mol×106g/mol＝9.54g，质量分数为9.54%，92%<9.54%<96%，符合误差范围。丙方案中，设10.00g 样品中含有Na₂CO₃的质量为x g，根据反应：Na₂CO₃＋ 2HCl ＝2NaCl + CO₂↑ + H₂O，最后得到NaCl的质量＝，则有：10.00－x ＋＝10.99，解得x＝9.54g，Na₂CO₃质量分数为9.54%，92%<9.54%<96%，符合误差范围。