Question

有一含NaCl、Na₂CO₃·10H₂O和NaHCO₃的混合物，某同学设计如图所示的实验装置，通过测量反应产生的CO₂和H₂O的质量，来确定该混合物中各组分的质量分数。

(1)实验步骤：

①按图(夹持仪器未画出)组装好实验装置后，首先进行的操作是_________。

②称取样品，并将其放入硬质玻璃管中；称量装浓硫酸的洗气瓶C的质量和装碱石灰的U形管D的质量。

③打开活塞K₁、K₂，关闭K₃，缓缓鼓入空气数分钟，其目的是________________。

④关闭活塞K₁、K₂，打开K₃，点燃酒精灯加热至不再产生气体。装置B中发生反应的化学方程式为_________________________________________。

⑤打开活塞K₁，缓缓鼓入空气数分钟，然后拆下装置，再次称量洗气瓶C的质量和U形管D的质量。

(2)关于该实验方案，请回答下列问题。

①若加热反应后不鼓入空气，对测定结果的影响是___________________。

②E处干燥管中盛放的药品是________，其作用是__________________ ________________，如果实验中没有该装置，则会导致测量结果NaHCO₃的质量________(填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。

③若样品质量为w g，反应后C、D装置增加的质量分别为m₁ g、m₂ g，则混合物中Na₂CO₃·10H₂O的质量分数为________(用含w、m₁、m₂的代数式表示)。

Answer

检查装置气密性 除去装置中的水蒸气和二氧化碳 2NaHCO3Na2CO3＋H2O↑＋CO2↑ Na2CO3·10H2ONa2CO3＋10H2O↑ Na2CO3·10H2O和NaHCO3的质量分数测定结果偏小，NaCl的质量分数测定结果偏大 碱石灰 防止空气中的CO2和水蒸气进入D中影响测定结果 偏大 ×100%

【解析】(1)①由实验原理可知，实验需要通过测量D装置内碱石灰的增重，计算生成的二氧化碳的质量，通过测量C装置装置，计算生成的水的质量，故应首先检验装置的气密性；
③装置内有空气，含有水蒸气和二氧化碳，影响水蒸气和二氧化碳质量的测定，打开活塞K1、K2，关闭活塞K3，实验前要通入空气，赶走装置中含有水蒸气和二氧化碳，减少误差；
④含NaCl、Na2CO3•10H2O和NaHCO3的混合物加热时，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，碳酸钠晶体失去结晶水生成碳酸钠，反应的化学方程式为：2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑；Na2CO3•10H2ONa2CO3+10H2O↑；
(2)①若加热反应后不鼓入空气，生成水蒸气质量和二氧化碳质量测定结果会减小，碳酸氢钠依据二氧化碳计算，而Na2CO3•10H2O的测定是根据生成水的总质量计算的，则测得Na2CO3•10H2O的含量将偏小对测定结果的影响是NaCl偏大，NaHCO3 偏小，Na2CO3•10H2O偏小；
②干燥管中盛放的是碱石灰，碱石灰能吸收空气中的水蒸气和二氧化碳，所以干燥管的作用是防止空气中的CO2和水蒸气进入影响测定结果，若撤去E装置，则测定的碳酸氢钠的质量偏大；
③D装置中增加的质量为二氧化碳的质量，碳酸氢钠分解生成的水蒸气的质量为x．
2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑
18g        44g
x         m2g
x=g，
装置C吸收的是水蒸气，包括碳酸氢钠分解生成的和十水碳酸钠分解生成的，十水碳酸钠分解生成的水蒸气的质量=m1g-g=g．
设十水碳酸钠的质量为y．
Na2CO3•10H2ONa2CO3+10H2O
286g       180g

y          g
y=g
所以十水碳酸钠的质量分数=×100%=×100%。
点睛：明确C和D装置中物质的作用是解本题的关键，注意碱石灰不仅吸收二氧化碳还吸收水蒸气，根据D装置中增重质量计算吸收的二氧化碳的量，根据碳酸氢钠分解时生成的二氧化碳和水蒸气的关系式计算碳酸氢钠生成的水蒸气，总的水蒸气减去碳酸氢钠生成的水蒸气就是十水碳酸钠分解生成的水蒸气，根据十水碳酸钠分解生成的水蒸气和十水碳酸钠的关系式计算十水碳酸钠的质量，从而计算其质量分数。