工业纯碱中碳酸钠含量的测定

工业纯碱中碳酸钠含量的测定学案

——实验方案的设计与评价

【学习目标】：

1、知道碳酸钠的化学性质，会根据化学方程式分析数据。（知）

2、了解定性分析到定量分析物质的思维方法。（智）

3、了解实验方案设计的一般过程。（智）

3、使学生树立起爱护环境的意识。（情）

4、培养学生严谨求实、不畏艰难的科学态度。（情）

【学习过程】

活动一：瞻仰民族英雄

联合制减法（又称侯氏制碱法）是我国化工专家侯德榜（1890~1974）于1943年创立的。他将氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种产品。原料是食盐、氨和二氧化碳。联合制减法与氨碱法比较，其最大的优点是使食盐的利用率提高到96%以上，使用同量的食盐比氨碱法生产更多的纯碱。

问题一：根据生产工艺，工业纯碱是纯的Na2CO3吗？

问题二：依据什么公式来计算工业纯碱中Na2CO3的含量呢？

活动二：初探纯碱性质

【活动与探究1】至少选用三类不同物质的溶液来探究纯碱样品中碳酸钠的性质，药品（稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钙溶液、氢氧化钡溶液、氯化钙溶液、氯化钡溶液）和仪器（试管若干、烧杯）。写出化学方程式

性质一：

性质二：

性质三：

活动三：再测纯碱含量

方案一：气体分析法

目的原理：

选择试剂：

选择仪器：

设计装置：

【交流与讨论】在括号内填上正确的顺序序号。

（）打开弹簧夹，再次在左端通入空气

（）连接好装置，检查气密性,装药品（纯碱样品12g）

（）关闭弹簧夹，慢慢滴加稀硫酸至过量，直至A中无气泡冒出

（）再次称量C的质量m2。

（）打开弹簧夹，在左端缓缓通入一段时间空气

（）称量C的质量m1

数据处理：若m（CO2）=△m=m2-m1=4.4g，请根据实验数据算出工业纯碱中碳酸钠的质量分数？

得出结论：

方案二：沉淀分析法

先称取一定量的样品，溶解后可以加入足量的、、、溶液，然后（填一操作名称），将得到的沉淀洗涤干燥并称量，最后根据沉淀的质量求出Na2CO3的质量分数。

问题一：从反应效果和保护环境角度分析，选择哪种试剂最合适？为什么？并写出所选试剂与碳酸钠反应的化学方程式

问题二：为什么所加试剂必须足量？

问题三：若过滤得到的滤渣不经洗涤直接干燥，会有怎么的误差？怎么验证已经洗涤干净了？

活动四：评价实验方案

问题一：你觉得以上两种方案，哪种更有优势？为什么？

问题二：侯德榜的贡献不仅在于是“联合制减法”的创始人，还在于他改进了生产化肥——碳酸氢铵的工艺。你会设计实验方案测定化肥中碳酸氢铵的含量吗？

【课堂反馈】

1.某品牌纯碱中含有少量氯化钠。某化学探究小组为了测定该纯碱的纯度（即碳酸钠的质量分数），组内一同学设计了如下实验：

【设计实验方案】实验装置（如图2所示，固定装置略去）：

需要测定的实验数据：纯碱样品的质量；实验前后C装置（包含氢氧化钠固体）的质量。

(1)A装置中反应化学方程式是。为了保证纯碱样品中的碳酸钠完全反应，其操作是。

(2)B装置的作用是；C装置的化学方程式是是；

(3)补充D装置（简要叙述或画出装置示意图）。

【交流与表达】

(4)有同学认为图2所示实验装置会造成测得纯碱的纯度偏低，原因是。

(5)为了克服图2装置的不足，有同学提出，还应增加图1装置与A装置连接（A装置中原双孔橡胶塞换成三孔橡胶塞），在反应前、后用图1装置分两次缓缓鼓入空气。

①反应前，断开B、C装置之间的连接，用图1装置鼓入空气的作用是。

②反应后，用图1装置鼓入空气的作用是。

③在A装置中的反应发生时，开关K处于关闭状态，其原因是。

【数据处理】

(6)称得纯碱样品的质量为10.8g，实验前、后C装置的总质量分别为75.2g和79.6g，纯碱的纯度为 %（计算结果保留小数点后1位）。

【反思与评价】

(7)能否用稀盐酸代替稀硫酸？同学们经过讨论认为不能，理由是

是。

（8）改进后的实验装置能减少测定的误差，原因是①反应生成的CO2尽可能被装置C吸收；

②。

2.课外化学兴趣小组的同学利用某化工厂的废碱液（主要成分为Na2CO3、还含有少量NaCl，其它杂质不计）和石灰乳（氢氧化钙的悬浊液）为原料制备烧碱，并对所得的烧碱粗产品的成分进行分析和测定。

【粗产品制备】

（1）将废碱液加热蒸发浓缩，形成较浓的溶液，冷却后与石灰乳混合，反应的化学方程式为。（2）将反应后的混合物过滤，得到的滤液进行蒸发结晶，制得NaOH粗产品。

【粗产品成分分析】

（1）取适量粗产品溶于水，加入Ba(NO3)2溶液出现白色浑浊，发生反应的化学方程式为，该粗产品中一定不含有，理由是。

（2）该小组同学通过对粗产品成分的实验分析，确定该粗产品中含有三种物质。

【粗产品含量测定】

Na2CO3含量的测定：

（1）该兴趣小组的同学设计了下图所示的实验装置。取20.0g粗产品，进行实验。

【说明】①碱石灰是CaO与NaOH的固体混合物。

②E装置中的饱和NaHCO3溶液是为了除去二氧化碳气体中的氯化氢，发生

的反应为：NaHCO3+ HCl ＝NaCl + CO2 ↑ + H2O。

（2）操作步骤

①连接好装置，检查气密性；

②打开弹簧夹C，在A处缓缓通入一段时间空气；

③称量G的质量；

④关闭弹簧夹C，慢慢滴加浓盐酸至过量，直至D中无气泡冒出；

⑤打开弹簧夹C，再次缓缓通入一段时间空气；

⑥再次称量G的质量，得前后两次质量差为4.8g。

（3）问题探究

①F中的试剂应为。

②B装置的作用是，H装置的作用是。

③若没有H装置，则测定的Na2CO3的质量分数会（填“偏大”、“偏小”、“不变”）。

事实上20.0 g粗产品只能产生4.4 g CO2。请你仔细分析上述实验，解释实验值4.8g比正确值4.4 g偏大的原因（假设操作均正确）。

（4）数据计算

根据正确值4.4 g可求得粗产品中Na2CO3的质量分数为 %。

NaOH含量的测定：

该小组同学又另取20.0g粗产品，逐滴加入20％的盐酸至恰好完全反应时，消耗盐酸的质量为73 g，放出CO2 4.4 g（不考虑二氧化碳气体的溶解）。求原粗产品中NaOH的质量分数。（写出计算过程）