高中化学定量实验：碳酸钠晶体中结晶水含量的测定

碳酸钠晶体（Na₂CO₃·xH₂O）中结晶水含量测定的计算依据

定量实验的基本原理是测出某一反应中参加反应的相关两种物质的量，然后根据化学方程式进行计算。因此，设计化学实验方案测定出m（H₂O）、m（Na₂CO₃·xH₂O）、m（Na₂CO₃）、n（H₂O）、n（Na₂CO₃）等相关化学量中的其中两个量，就能计算出w（H₂O）、x值。

一、加热法

原理：Na₂CO₃·xH₂O=Na₂CO₃+xH₂O；测量出加热前碳酸钠晶体的质量和加热后无水碳酸钠的质量，就可计算出w（H₂O）和x值。

注意：

（1）实验过程中用到的主要仪器：天平、坩埚、泥三角、三角架、酒精灯、坩埚钳、玻璃棒、干燥器。

（2）加热法测定碳酸钠晶体中结晶水含量时至少需要称量4次（坩埚质量、坩埚+碳酸钠晶体质量、坩埚+无水碳酸钠质量、再次加热后坩埚+无水碳酸钠质量）。

加热法是教材中硫酸铜晶体中结晶水含量测定的重要方法，利用加热前后的质量差计算出结晶水的质量和无水盐的质量，从而计算出结晶水含量。

 

二、沉淀法

原理：Na₂CO₃+CaCl₂==CaCO₃↓+2NaCl；测定出CaCO₃的质量就可计算Na₂CO₃的量。

方法：用天平称取Na₂CO₃·xH₂O晶体m₁g，在烧杯中加蒸馏水完全溶解，加入CaCl₂溶液使完全沉淀，过滤、洗涤、晾干，称得固体的质量为m₂g。

注意：

（1）如何证明沉淀完全？

将反应液静置沉淀后，取少量上层清液，再加入一滴CaCl₂溶液看是否有沉淀生成。

（2）怎样洗涤沉淀？如何证明沉淀洗涤干净？

将过滤后的沉淀用蒸馏水在滤纸上轻轻冲洗，收集最后的洗涤液加入AgNO₃和稀HNO₃看是否有沉淀生成。

（3）列出计算w（H₂O）的数学表达式：

沉淀法是定量实验的重要方法，除了考查相关计算，同时还考查沉淀是否完全、沉淀的洗涤和沉淀是否洗涤干净等实验基本操作。

三、量气法

原理：用酸和碳酸钠晶体反应，收集生成的CO₂气体，并测其体积。装置如下图所示。

注意：

（1）广口瓶中的液体最好用饱和NaHCO₃溶液（降低CO₂的溶解度；也可以用油封液面）。

（2）为使测量的气体体积准确，通常将导管中预先充满水，且读数时要调整广口瓶中的压强，使量筒和广口瓶中的液面相平。

量气法是教材中乙醇分子结构测定的重要方法，既涉及计算方法，又链接了物理相关知识，综合性强。

 

四、滴定法

原理：向Na₂CO₃稀溶液中，逐滴加入稀盐酸，发生如下反应：

Na₂CO₃+HCl===NaHCO₃+NaCl

NaHCO₃+HCl===NaCl+CO₂↑+H₂O

第一步反应恰好完成时，酚酞由红色变为无色；第二步反应恰好完成时，甲基橙由黄色变为橙色

方法：用天平称取Na₂CO₃·xH₂O晶体mg置于锥形瓶中，加入一定量的蒸馏水使其完全溶解，滴入甲基橙或酚酞试液2～3滴，用cmol／L的HCl溶液滴定至终点，消耗HCl溶液VmL。

注意:

（1）测定结晶水含量的原理和指示剂的变色情况。

（2）误差分析：酸式滴定管未用标准溶液润洗对x值的影响（偏小）等。

（3）列出计算x的表达式（用含m、c、V的代数式表示）。

中和滴定是中学化学中定量分析的重要例证，掌握中和滴定的原理亦能解决氧化还原滴定、络合滴定等有关定量分析的计算和实验操作的问题。此法测定碳酸钠晶体中结晶水含量既是中和滴定的应用，同时又考查了学生阅读信息和处理信息的能力，可谓是一举多得。