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素养微专题(四)Na2CO3和NaHCO3含量的测定
1.热重法(Na2CO3、NaHCO3混合物)
加热固体样品混合物至恒重,称量加热前后固体的质量m1、m2,Δm=m1-m2,Δm即为NaHCO3受热分解释放的CO2、H2O的质量和,继而计算NaHCO3、Na2CO3的质量。
2.气体法(假设杂质为NaCl)
(1)测定原理:Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑。依据CO2气体的体积,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(折算为标准状况)。
(3)数据处理:纯碱样品中Na2CO3的质量为 g,故纯碱样品中Na2CO3的质量分数为%。
3.沉淀法(假设杂质为NaCl)
(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 g,故纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%。
4.滴定法(双指示剂)
以Na2CO3、NaHCO3的混合溶液为例。
(1)在混合物的溶液中先加入酚酞指示剂,溶液呈红色,用盐酸标准溶液滴定至溶液红色褪去且半分钟内颜色不发生变化,这是第一滴定终点。滴定反应为Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,假设此时消耗盐酸的体积为V1。
(2)再加入甲基橙指示剂,继续用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色且半分钟内颜色不发生变化即为终点。滴定反应为NaHCO3+HCl===NaCl+H2O+CO2↑,假设此时消耗盐酸的体积为V2。
(3)根据V1和V2可以计算出混合物样品中Na2CO3、NaHCO3两种物质的含量。
1.现有不纯的Na2CO3(仅含NaHCO3杂质),欲测定其中Na2CO3的质量分数,分别进行以下4个操作,其中不能成功的是(　D　)
A.取m g样品,加热到质量不再变化时称重为n g
B.取m g样品,加入过量的稀盐酸,再将所得溶液加热蒸发、结晶、灼烧,余下物质质量为n g
C.取m g样品,溶于水,向所得溶液中加入过量的CaCl2稀溶液,将所得沉淀过滤、洗涤、烘干后称重为n g
D.取m g样品,加入过量的稀硫酸,再将所逸出的气体用碱石灰吸收,碱石灰增重n g
解析:NaHCO3受热分解生成Na2CO3、H2O和CO2,所以取m g样品,加热到质量不再变化时称重为n g,根据差量法能计算NaHCO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数,故A不符合题意;NaHCO3和Na2CO3都能和稀盐酸反应生成CO2、H2O和NaCl,所以取m g样品,加入过量的稀盐酸,再将所得溶液加热蒸发、结晶、灼烧,余下物质为NaCl,根据钠原子守恒,通过NaCl的质量为n g就能计算Na2CO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数,故B不符合题意;取m g样品,溶于水,向所得溶液中加入过量的CaCl2稀溶液,将所得CaCO3沉淀过滤、洗涤、烘干后称重为n g,根据CaCO3的质量可以计算Na2CO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数,故C不符合题意;NaHCO3和Na2CO3都能和稀硫酸反应放出CO2,取m g样品,加入过量的稀硫酸,所逸出的气体中含有水蒸气,也能被碱石灰吸收,所以碱石灰增重n g为CO2和水蒸气的质量,所以无法计算Na2CO3的质量,不能求出Na2CO3的质量分数,故D符合题意。
2.某化学小组设计实验方案,测定Na2CO3和NaHCO3混合物中NaHCO3的质量分数。实验测定方法如下:
(1)①称取Na2CO3和NaHCO3的固体混合物9.5 g,溶于水中,配成100 mL溶液,滴加足量沉淀剂,把溶液中HC完全转化为沉淀,应选用的试剂是D(填字母)。
A.稀CaCl2溶液 B.MgSO4溶液
C.NaCl溶液 D.Ba(OH)2溶液
②过滤,洗涤沉淀,判断沉淀是否洗净的方法是取少量最后一次洗涤液于试管中,滴加Na2SO4溶液,若无沉淀,则沉淀已洗净,反之则未洗净。
③将沉淀洗涤,并充分干燥,称量沉淀的质量为19.7 g。由此可以计算w(NaHCO3)=44.2%(结果保留三位有效数字)。
(2)工业生产的纯碱常会含少量NaCl杂质。测定该样品中纯碱的质量分数的实验步骤如下:
①称取样品a g,加水溶解;
②加入足量的BaCl2溶液;
③过滤、洗涤、烘干、冷却、称量、烘干、冷却、(再)称量,最终得到固体b g。样品中纯碱的质量分数为(用含a、b的代数式表示)。
解析:(1)①Ba(OH)2溶液与两种离子都可以形成沉淀,D正确。②判断沉淀是否洗净的方法是检验最后一次洗涤液中是否含有Ba2+。③设Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为a mol、b mol,则可得106a+84b=9.5,197(a+b)=19.7,联立解得a=b=0.05,所以NaHCO3的质量分数为×100%≈44.2%。(2)加入足量的BaCl2溶液发生反应:Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+2NaCl,根据原子守恒,通过称量BaCO3沉淀的质量,来计算样品中纯碱的质量分数,需洗涤沉淀,除去杂质离子,且将沉淀冷却到室温,再称量所得固体,最终得到BaCO3的质量为b g,根据碳元素守恒,纯碱的质量分数为×100%。
3.为测定Na2CO3和NaHCO3混合样品中Na2CO3的质量分数,某同学设计的实验装置示意图如下,请回答下列问题。
(1)装置E的作用是防止空气中的CO2和H2O进入装置D中产生误差。
(2)实验需要以下步骤:
①称量装置D的质量为304.6 g;
②称取13.7 g样品装入装置B的广口瓶中;
③连接装置,检查装置气密性后加入相应试剂;
④打开弹簧夹,缓缓鼓入一段时间空气;
⑤再次称量装置D的质量为311.2 g;
⑥打开弹簧夹,再次缓缓鼓入一段时间空气;
⑦关闭弹簧夹,滴加稀硫酸使其发生反应,直至不再产生气泡为止;
以上步骤的正确顺序为③→②→④→①→⑦→⑥→⑤。
(3)步骤⑥的目的是将反应产生的CO2全部赶入装置D中,减小误差。
(4)根据相关数据,计算样品中Na2CO3的质量分数为38.7%(结果保留三位有效数字)。
解析:(4)D中吸收CO2的质量为311.2 g-304.6 g=6.6 g,n(CO2)==0.15 mol,根据碳原子守恒,n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=n(CO2)=0.15 mol,设样品中Na2CO3的物质的量为x mol,NaHCO3为y mol,则106x+84y=13.7,x+y=0.15,解得x=0.05,y=0.1,则样品中Na2CO3的质量分数为×100%≈38.7%。
4.碳酸钠俗称纯碱,是一种重要的化工原料。以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠,并测定产品中少量碳酸氢钠的含量,过程如下:
步骤Ⅰ.Na2CO3的制备
步骤Ⅱ.产品中NaHCO3含量测定
①称取产品2.500 g,用蒸馏水溶解,定容于250 mL容量瓶中;
②移取25.00 mL上述溶液于锥形瓶,加入2滴指示剂M,用0.100 0 mol·L-1盐酸标准溶液滴定,溶液由红色变至近无色(第一滴定终点),消耗盐酸V1 mL;
③在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N,继续用0.100 0 mol·L-1盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点),又消耗盐酸V2 mL;
④平行测定三次,V1平均值为22.45,V2平均值为23.51。
已知:(ⅰ)当温度超过35 ℃时,NH4HCO3开始分解。
(ⅱ)相关盐在不同温度下的溶解度(g)表。
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0 — — —
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
回答下列问题:
(1)步骤Ⅰ中晶体A的化学式为NaHCO3,晶体A能够析出的原因是30~35 ℃,NaHCO3的溶解度小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度。
(2)步骤Ⅰ中“300 ℃加热”所选用的仪器是D(填字母)。
(3)指示剂N为甲基橙,描述第二滴定终点前后颜色变化:溶液由黄色变为橙色。
(4)产品中NaHCO3的质量分数为3.56%(保留三位有效数字)。
(5)第一滴定终点时,某同学俯视读数,其他操作均正确,则NaHCO3质量分数的计算结果偏大(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
解析:(1)根据相关盐在不同温度下的溶解度表可知,30~35 ℃,NaHCO3的溶解度明显小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度,因此NaHCO3在步骤Ⅰ中结晶析出。(3)本题中测定碳酸氢钠含量采用了双指示剂滴定法,第一滴定过程以酚酞为指示剂,Na2CO3转化为NaHCO3,第二滴定过程以甲基橙为指示剂,NaHCO3转化为NaCl、CO2和H2O,所以第二滴定终点前后颜色变化为溶液由黄色变为橙色。(4)25.00 mL待测液中所含NaHCO3的物质的量为0.100 0 mol·L-1×(V2-V1)×10-3 L,2.500 g产品中所含NaHCO3的质量为84 g·mol-1××0.100 0 mol·L-1×(23.51-22.45)×10-3 L=0.089 04 g,故产品中NaHCO3的质量分数为×100%≈3.56%。(5)第一滴定终点时,俯视读数,导致V1偏小,NaHCO3质量分数的计算结果偏大。(共27张PPT)
第四章　金属及其化合物
素养微专题(四)Na2CO3和NaHCO3含量的测定
目
录
强化训练
专题精讲
一
专题精讲
1.热重法(Na2CO3、NaHCO3混合物)
加热固体样品混合物至恒重,称量加热前后固体的质量m1、m2,Δm=m1-m2,Δm即为NaHCO3受热分解释放的CO2、H2O的质量和,继而计算NaHCO3、Na2CO3的质量。
2.气体法(假设杂质为NaCl)
(1)测定原理:Na2CO3+H2SO4===Na2SO4+H2O+CO2↑。依据CO2气体的体积,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(折算为标准状况)。
(3)数据处理:纯碱样品中Na2CO3的质量为 g,故纯碱样品中Na2CO3的质量分数为%。
3.沉淀法(假设杂质为NaCl)
(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
g,故纯碱样品中Na2CO3的质量分数为×100%。
4.滴定法(双指示剂)
以Na2CO3、NaHCO3的混合溶液为例。
(1)在混合物的溶液中先加入酚酞指示剂,溶液呈红色,用盐酸标准溶液滴定至溶液红色褪去且半分钟内颜色不发生变化,这是第一滴定终点。滴定反应为Na2CO3+HCl===NaCl+NaHCO3,假设此时消耗盐酸的体积为V1。
(2)再加入甲基橙指示剂,继续用盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色且半分钟内颜色不发生变化即为终点。滴定反应为NaHCO3+HCl===
NaCl+H2O+CO2↑,假设此时消耗盐酸的体积为V2。
(3)根据V1和V2可以计算出混合物样品中Na2CO3、NaHCO3两种物质的含量。
二
强化训练
1.现有不纯的Na2CO3(仅含NaHCO3杂质),欲测定其中Na2CO3的质量分数,分别进行以下4个操作,其中不能成功的是(　　)
A.取m g样品,加热到质量不再变化时称重为n g
B.取m g样品,加入过量的稀盐酸,再将所得溶液加热蒸发、结晶、灼烧,余下物质质量为n g
C.取m g样品,溶于水,向所得溶液中加入过量的CaCl2稀溶液,将所得沉淀过滤、洗涤、烘干后称重为n g
D.取m g样品,加入过量的稀硫酸,再将所逸出的气体用碱石灰吸收,碱石灰增重n g
D
解析:NaHCO3受热分解生成Na2CO3、H2O和CO2,所以取m g样品,加热到质量不再变化时称重为n g,根据差量法能计算NaHCO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数,故A不符合题意;NaHCO3和Na2CO3都能和稀盐酸反应生成CO2、H2O和NaCl,所以取m g样品,加入过量的稀盐酸,再将所得溶液加热蒸发、结晶、灼烧,余下物质为NaCl,根据钠原子守恒,通过NaCl的质量为n g就能计算Na2CO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数,故B不符合题意;取m g样品,溶于水,向所得溶液中加入过量的CaCl2稀溶液,将所得CaCO3沉淀过滤、洗涤、烘干后称重为n g,根据CaCO3的质量可以计算Na2CO3的质量,进而求出Na2CO3的质量分数,故C不符合题意;NaHCO3和Na2CO3都能和稀硫酸反应放出CO2,取m g样品,加入过量的稀硫酸,所逸出的气体中含有水蒸气,也能被碱石灰吸收,所以碱石灰增重n g为CO2和水蒸气的质量,所以无法计算Na2CO3的质量,不能求出Na2CO3的质量分数,故D符合题意。
2.某化学小组设计实验方案,测定Na2CO3和NaHCO3混合物中NaHCO3的质量分数。实验测定方法如下:
(1)①称取Na2CO3和NaHCO3的固体混合物9.5 g,溶于水中,配成100 mL溶液,滴加足量沉淀剂,把溶液中HC完全转化为沉淀,应选用的试剂是____ (填字母)。
A.稀CaCl2溶液 B.MgSO4溶液
C.NaCl溶液 D.Ba(OH)2溶液
D
②过滤,洗涤沉淀,判断沉淀是否洗净的方法是_______________________
________________________________________________________。
③将沉淀洗涤,并充分干燥,称量沉淀的质量为19.7 g。由此可以计算w(NaHCO3)=________(结果保留三位有效数字)。
取少量最后一次洗涤液于
试管中,滴加Na2SO4溶液,若无沉淀,则沉淀已洗净,反之则未洗净
44.2%
解析:①Ba(OH)2溶液与两种离子都可以形成沉淀,D正确。②判断沉淀是否洗净的方法是检验最后一次洗涤液中是否含有Ba2+。③设Na2CO3和NaHCO3的物质的量分别为a mol、b mol,则可得106a+84b=9.5,197(a+b)
=19.7,联立解得a=b=0.05,所以NaHCO3的质量分数为
×100%≈44.2%。
(2)工业生产的纯碱常会含少量NaCl杂质。测定该样品中纯碱的质量分数的实验步骤如下:
①称取样品a g,加水溶解;
②加入足量的BaCl2溶液;
③过滤、____、烘干、冷却、称量、烘干、冷却、________,最终得到固
体b g。样品中纯碱的质量分数为____________(用含a、b的代数式表示)。
洗涤
(再)称量
×100%
解析:加入足量的BaCl2溶液发生反应:Na2CO3+BaCl2===BaCO3↓+
2NaCl,根据原子守恒,通过称量BaCO3沉淀的质量,来计算样品中纯碱的质量分数,需洗涤沉淀,除去杂质离子,且将沉淀冷却到室温,再称量所得固体,最终得到BaCO3的质量为b g,根据碳元素守恒,纯碱的质量分数为×100%。
3.为测定Na2CO3和NaHCO3混合样品中Na2CO3的质量分数,某同学设计的实验装置示意图如下,请回答下列问题。
(1)装置E的作用是__________________________________________。
防止空气中的CO2和H2O进入装置D中产生误差
(2)实验需要以下步骤:
①称量装置D的质量为304.6 g;
②称取13.7 g样品装入装置B的广口瓶中;
③连接装置,检查装置气密性后加入相应试剂;
④打开弹簧夹,缓缓鼓入一段时间空气;
⑤再次称量装置D的质量为311.2 g;
⑥打开弹簧夹,再次缓缓鼓入一段时间空气;
⑦关闭弹簧夹,滴加稀硫酸使其发生反应,直至不再产生气泡为止;
以上步骤的正确顺序为③→②→___→①→___→___→⑤。
④
⑦
⑥
(3)步骤⑥的目的是__________________________________________。
(4)根据相关数据,计算样品中Na2CO3的质量分数为_________(结果保留三位有效数字)。
解析:D中吸收CO2的质量为311.2 g-304.6 g=6.6 g,n(CO2)=
=0.15 mol,根据碳原子守恒,n(Na2CO3)+n(NaHCO3)=n(CO2)=0.15 mol,设样品中Na2CO3的物质的量为x mol,NaHCO3为y mol,则106x+84y=13.7,x+y=0.15,解得x=0.05,y=0.1,则样品中Na2CO3的质量分数为×100%≈38.7%。
将反应产生的CO2全部赶入装置D中,减小误差
38.7%
4.碳酸钠俗称纯碱,是一种重要的化工原料。以碳酸氢铵和氯化钠为原料制备碳酸钠,并测定产品中少量碳酸氢钠的含量,过程如下:
步骤Ⅰ.Na2CO3的制备
步骤Ⅱ.产品中NaHCO3含量测定
①称取产品2.500 g,用蒸馏水溶解,定容于250 mL容量瓶中;
②移取25.00 mL上述溶液于锥形瓶,加入2滴指示剂M,用0.100 0 mol·L-1盐酸标准溶液滴定,溶液由红色变至近无色(第一滴定终点),消耗盐酸V1 mL;
③在上述锥形瓶中再加入2滴指示剂N,继续用0.100 0 mol·L-1盐酸标准溶液滴定至终点(第二滴定终点),又消耗盐酸V2 mL;
④平行测定三次,V1平均值为22.45,V2平均值为23.51。
已知:(ⅰ)当温度超过35 ℃时,NH4HCO3开始分解。
(ⅱ)相关盐在不同温度下的溶解度(g)表。
温度/℃ 0 10 20 30 40 50 60
NaCl 35.7 35.8 36.0 36.3 36.6 37.0 37.3
NH4HCO3 11.9 15.8 21.0 27.0 — — —
NaHCO3 6.9 8.2 9.6 11.1 12.7 14.5 16.4
NH4Cl 29.4 33.3 37.2 41.4 45.8 50.4 55.2
回答下列问题:
(1)步骤Ⅰ中晶体A的化学式为_____________,晶体A能够析出的原因是_____________________________________________________________。
解析:根据相关盐在不同温度下的溶解度表可知,30~35 ℃,NaHCO3的溶解度明显小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度,因此NaHCO3在步骤Ⅰ中结晶析出。
NaHCO3
30~35 ℃,NaHCO3的溶解度小于NaCl、NH4HCO3和NH4Cl的溶解度
(2)步骤Ⅰ中“300 ℃加热”所选用的仪器是____(填字母)。
D
(3)指示剂N为甲基橙,描述第二滴定终点前后颜色变化:________________
_____。
解析:本题中测定碳酸氢钠含量采用了双指示剂滴定法,第一滴定过程以酚酞为指示剂,Na2CO3转化为NaHCO3,第二滴定过程以甲基橙为指示剂,NaHCO3转化为NaCl、CO2和H2O,所以第二滴定终点前后颜色变化为溶液由黄色变为橙色。
溶液由黄色变为
橙色
(4)产品中NaHCO3的质量分数为_________(保留三位有效数字)。
解析:25.00 mL待测液中所含NaHCO3的物质的量为0.100 0 mol·L-1×(V2-V1)×10-3 L,2.500 g产品中所含NaHCO3的质量为84 g·mol-1××
0.100 0 mol·L-1×(23.51-22.45)×10-3 L=0.089 04 g,故产品中NaHCO3的质量分数为×100%≈3.56%。
3.56%
(5)第一滴定终点时,某同学俯视读数,其他操作均正确,则NaHCO3质量分数的计算结果_____(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
解析:第一滴定终点时,俯视读数,导致V1偏小,NaHCO3质量分数的计算结果偏大。
偏大
Thank you
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