Question

3．某混合氣體中含有N₂、O₂、CO₂三種成分．化學(xué)興趣小組設(shè)計下圖裝置測定該混合氣體中N₂、O₂、CO₂的體積組成，其中B是帶刻度的量氣裝置（V₁、V₂、V₃為相同條件下的讀數(shù)）．

實驗步驟：
①先按如圖所示組裝儀器，檢查裝置氣密性．然后向裝置中裝入藥品（如圖所示），其中C瓶溶液上方為50mL已除盡CO₂的空氣（N₂和O₂的體積比為4：1）．
②打開止水夾b、c、d，關(guān)閉止水夾a、e，向B瓶中通入N₂、O₂、CO₂的混合氣體后關(guān)閉d，并冷卻到室溫，B中收集到V₁mL氣體．
③關(guān)閉b，打開止水夾a、c、e、f，向A瓶中緩緩充氣，直到B中氣體剛好全部排出，此時D讀數(shù)為V₂mL．
④關(guān)閉e、f，接通電源，引燃紅磷，生成酸性氧化物P₂O₅．
⑤等C瓶冷卻到室溫，打開f最終D讀數(shù)為V₃mL．
回答下列問題：
（1）裝置A、B中試劑X應(yīng)選用Ⅲ（填寫序號）．
I．飽和Na₂CO₃溶液Ⅱ．飽和NaCl溶液Ⅲ．飽和NaHCO₃溶液Ⅳ．蒸餾水
實驗室檢驗試劑X中主要陽離子的操作名稱為焰色反應(yīng)，檢驗主要陰離子的實驗方案為取試劑X于試管中，加入氯化鈣溶液，無明顯現(xiàn)象，再加入稀鹽酸，產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體（排除二氧化硫），說明原溶液中含碳酸氫根離子．
（2）C裝置中紅磷需稍過量的目的是消耗完C中的O₂．
（3）C瓶中NaOH溶液的作用是吸收混合氣體中的CO₂；反應(yīng)結(jié)束后，C瓶溶液中含有溶質(zhì)的化學(xué)式為NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄．
（4）利用上述數(shù)據(jù)計算，混合氣體中CO₂與O₂的體積比為（V₁-V₂）：（V₂-V₃-10）（用含V₁、V₂、V₃的代數(shù)式表示）．若步驟⑤中C瓶還未冷卻到室溫就打開止水夾f，立即讀出量筒D的讀數(shù)，這樣做會使所測氧氣的體積分?jǐn)?shù)偏小（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）．

Answer 1

分析 （1）依據(jù)裝置圖中的實驗原理，試劑X是要將裝置B中定量量取的一定體積的氣體入擠壓到C、D裝置，所以X試劑不能溶解N₂、O₂、CO₂三種氣體中的任何一種，所以X只能是飽和NaHCO₃溶液，利用焰色反應(yīng)檢驗鈉離子，根據(jù)碳酸氫根離子與鈣離子不沉淀，與酸反應(yīng)能產(chǎn)生無色無味氣體使澄清石灰水變渾的特點檢驗碳酸氫根離子；
（2）紅磷燃燒消耗氧氣，紅磷過量可以充分吸收氧氣；
（3）裝置C中氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉，氫氧化鈉溶液要足量，磷與氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷與氫氧化鈉反應(yīng)生成磷酸鈉，據(jù)此答題；
（4）分析實驗過程可知，V₁為呼入的氣體體積，V₂為除凈二氧化碳的呼入氣體，V₃為氮氣的體積，依據(jù)氣體體積變化計算氧氣和二氧化碳的體積比，若步驟⑤中C瓶還未冷卻到室溫就打開止水夾f，立即讀出量筒D的讀數(shù)，則讀出的V₃偏大，據(jù)此分析．

解答 解：（1）依據(jù)裝置圖中的實驗原理，試劑X是要將裝置B中定量量取的一定體積的氣體入擠壓到C、D裝置，所以X試劑不能溶解N₂、O₂、CO₂三種氣體中的任何一種，所以X只能是飽和NaHCO₃溶液，故選Ⅲ，利用焰色反應(yīng)檢驗鈉離子，檢驗碳酸氫根離子的實驗方案為：取試劑X于試管中，加入氯化鈣溶液，無明顯現(xiàn)象，再加入稀鹽酸，產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體（排除二氧化硫），說明原溶液中含碳酸氫根離子，
故答案為：Ⅲ；焰色反應(yīng)；取試劑X于試管中，加入氯化鈣溶液，無明顯現(xiàn)象，再加入稀鹽酸，產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體（排除二氧化硫），說明原溶液中含碳酸氫根離子；
（2）C裝置中紅磷是為了燃燒消耗呼入氣體中的氧氣來測定氣體體積分?jǐn)?shù)，要過量的目的是消耗完C中的O₂，
故答案為：消耗完C中的O₂；
（3）裝置C中是氫氧化鈉溶液，吸收二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉，紅磷燃燒生成的五氧化二磷在溶液中反應(yīng)生成磷酸鈉，所以溶液中溶質(zhì)為NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄，
故答案為：吸收混合氣體中的CO₂；NaOH、Na₂CO₃、Na₃PO₄；
（4）分析實驗過程可知，V₁為呼入的氣體體積，V₂為除凈二氧化碳的呼入氣體，V₃為氮氣的體積，C裝置中溶液上方為50ml已除盡CO₂的空氣（N₂和O₂的體積比為4/1），氮氣為40ml，氧氣10ml，所以混合氣體中CO₂的體積為V₁-V₂，O₂的體積為V₂-V₃-10，所以CO₂與O₂的體積比為（V₁-V₂）：（V₂-V₃-10），若步驟⑤中C瓶還未冷卻到室溫就打開止水夾f，立即讀出量筒D的讀數(shù)，則讀出的V₃偏大，所以所測氧氣的體積分?jǐn)?shù)偏小，
故答案為：（V₁-V₂）：（V₂-V₃-10）；偏�。�

點評 本題考查了物質(zhì)組成的實驗探究和實驗設(shè)計方法，實驗過程中的氣體體積變化分析是解題關(guān)鍵，題目難度中等．