Question

13．小剛、小軍、小紅對(duì)一久置的NaOH白色粉末的成分進(jìn)行探究并測(cè)定其成分的含量．
（一）成分的確定
三位同學(xué)都作出以下的猜想：
①可能是NaOH； ②可能是Na₂CO₃； ③可能是NaOH與Na₂CO₃的混合物．
（1）做出②③猜想的依據(jù)是CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O（用化學(xué)方程式表示）
（2）為了驗(yàn)證①②③猜想，他們分別做了下面的實(shí)驗(yàn)．
小剛?cè)∩倭堪咨�粉末于試管中，再滴加稀HCl，有氣泡產(chǎn)生，由此可推出白色粉末中一定含有Na₂CO₃，肯定猜想①（填序號(hào)）是錯(cuò)誤的．
小軍又取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加酚酞試液，溶液變?yōu)榧t色．由此小軍結(jié)合小剛的實(shí)驗(yàn)，認(rèn)為猜想③是正確的．小紅卻認(rèn)為小軍的所得結(jié)論不確切，因?yàn)镹a₂CO₃顯堿性也會(huì)使酚酞試液變紅．
（3）為探究白色粉末是否含有NaOH，小紅設(shè)計(jì)了如圖1所示實(shí)驗(yàn)方案：

①沉淀B的化學(xué)式為CaCO₃．
②在操作1中要用到玻璃棒，其作用是攪拌；在操作2中，除要用到鐵架臺(tái)（帶鐵圈）、燒杯、濾紙、玻璃棒外，還需補(bǔ)充的玻璃儀器是漏斗．
③小剛認(rèn)為小紅的這個(gè)方案也有問題，理由是Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應(yīng)后也有NaOH生成． 但只要稍加改進(jìn)，就可以證明粉末中還含有NaOH，則小剛改進(jìn)的方法是將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂ 或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）．小剛對(duì)小紅的實(shí)驗(yàn)作了正確的改進(jìn)后進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和小紅的一致，由此確定猜想③是正確的．
（二）各成分含量的測(cè)定
三位同學(xué)利用電子天平共同作了如圖2所示測(cè)定實(shí)驗(yàn)．

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表：

稱　　　量　　　項(xiàng)　　　目	稱　　　量　　時(shí)　間	質(zhì)量（g）
試樣		10.00
裝置+稀硫酸質(zhì)量		241.20
裝置+稀硫酸質(zhì)量+試樣	反應(yīng)開始后15秒	249.20
裝置+稀硫酸質(zhì)量+試樣	反應(yīng)開始后35秒	249.00
裝置+稀硫酸質(zhì)量+試樣	反應(yīng)開始后55秒	249.00

（4）寫出錐形瓶中發(fā)生反應(yīng)化學(xué)方程式：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（5）試通過分析表中數(shù)據(jù)計(jì)算出混合物中試樣中各成份的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，NaOH47%，Na₂CO₃53%．
（三）實(shí)驗(yàn)反思：
（1）有同學(xué)提出按上述實(shí)驗(yàn)所測(cè)得試樣中Na₂CO₃質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏小，該同學(xué)的理由是CO₂密度比空氣大，會(huì)有CO₂殘留在裝置中，造成最終測(cè)得的質(zhì)量偏大，測(cè)得生成的CO₂質(zhì)量偏小．（或濃硫酸會(huì)吸收空氣中的水份，造成最終測(cè)得的質(zhì)量偏大，測(cè)得生成的CO₂質(zhì)量偏�。�）（實(shí)驗(yàn)操作均正確）．
（2）根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式分析，NaOH部分變質(zhì)或全部變質(zhì)，與沒有變質(zhì)的NaOH相比，中和反應(yīng)時(shí)消耗硫酸的量相等（填“相等”、“大于”或“小于”）

Answer 1

分析 根據(jù)題設(shè)條件，按步分析，邏輯推理，層層推進(jìn)，“對(duì)號(hào)入座”，得出結(jié)論．
解題時(shí)注意：（1）思維過程展示注意邏輯性；（2）發(fā)散性結(jié)論（幾種可能組合）按序排列分析，防止遺漏或重復(fù)；（3）表述要清楚
氫氧化鈉能與二氧化碳費(fèi)用生成碳酸鈉，碳酸鈉的水溶液呈堿性，能使酚酞試液變紅；檢驗(yàn)碳酸鈉可以使用酸或含有可溶性鈣離子的物質(zhì)；碳酸鈉和氫氧化鈉同時(shí)存在，檢驗(yàn)氫氧化鈉，需要先除去碳酸鈉，并且不能生成氫氧化鈉，據(jù)此解答．

解答 解：一、成分的確定
由于久置的氫氧化鈉可能與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．因此能作出題干中的三種猜想．
（1）由于碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)時(shí)有氣泡產(chǎn)生，因此向固體中加入稀鹽酸，若觀察到有氣泡產(chǎn)生，就能說明固體中含有碳酸鈉．若固體中含有碳酸鈉，就能說明猜想①是錯(cuò)誤的．
（2）溶液中存在Na₂CO₃也會(huì)使酚酞變紅，因此無色酚酞試液變紅時(shí)，不能說明一定含有氫氧化鈉．說明小軍的結(jié)論不確切，甚至有可能是錯(cuò)誤的．
（3）向白色粉末中加水，粉末會(huì)溶解，為加速溶解，可以用玻璃棒攪拌，從而得到溶液A．因此操作1是溶解，在該操作中玻璃棒所起的作用是“攪拌，加速溶解”．
由于粉末中的物質(zhì)至多有氫氧化鈉和碳酸鈉，其中氫氧化鈉與石灰水不反應(yīng)，碳酸鈉能與石灰水反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣，因此通過這一操作和現(xiàn)象，可以確定粉末中一定含有碳酸鈉，沉淀B一定是碳酸鈣．碳酸鈣的化學(xué)式為CaCO₃．
由于Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應(yīng)后也有NaOH生成，因此這個(gè)方案不能證明白色粉末中是否含有NaOH．
改進(jìn)方案：將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂即可．
二、各成分含量的確定
（1）通過以上的分析可知：白色粉末中含有氫氧化鈉和碳酸鈉．
稀硫酸與氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和水．
該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O．
稀硫酸與碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳．
該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）生成二氧化碳的質(zhì)量為：241.20g+10.00g-249.00g=2.20g
設(shè)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x．
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                     44
10.00g×x               2.20g
$\frac{106}{10.00g×x}=\frac{44}{2.20g}$
x=53%
NaOH占：1-53%=47%
【實(shí)驗(yàn)反思】CO₂密度比空氣大，會(huì)有CO₂殘留在裝置中，造成最終稱得的質(zhì)量偏大，使計(jì)算出的CO₂質(zhì)量偏�。ɑ驖饬蛩釙�(huì)吸收空氣中的水分，造成最終稱得的質(zhì)量偏大，使計(jì)算出的CO₂質(zhì)量偏�。�．
故答案為：
一、成分的確定
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（1）Na₂CO₃ ①
（2）溶液中存在Na₂CO₃也會(huì)使酚酞變紅
（3）①CaCO₃
②攪拌，加速溶解；
③Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應(yīng)后也有NaOH生成
改進(jìn)方案：將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂．
二、各成分含量的確定
（1）方程式為2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
（2）樣品中Na₂CO₃53%；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）CO₂密度比空氣大，會(huì)有CO₂殘留在裝置中，造成最終稱得的質(zhì)量偏大，使計(jì)算出的CO₂質(zhì)量偏��；
（2）根據(jù)化學(xué)方程式2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
可知NaOH部分變質(zhì)或全部變質(zhì)，與沒有變質(zhì)的NaOH相比，中和反應(yīng)時(shí)消耗硫酸的量相等．
答案：（1）CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（2）Na₂CO₃；①； Na₂CO₃顯堿性也會(huì)使酚酞試液變紅
（3）①CaCO₃； ②攪拌；漏斗；
③Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應(yīng)后也有NaOH生成；將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂ 或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）；
（4）2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（5）47%；53%；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）CO₂密度比空氣大，會(huì)有CO₂殘留在裝置中，造成最終測(cè)得的質(zhì)量偏大，測(cè)得生成的CO₂質(zhì)量偏�。�（或濃硫酸會(huì)吸收空氣中的水份，造成最終測(cè)得的質(zhì)量偏大，測(cè)得生成的CO₂質(zhì)量偏小．）
（2）相等．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查利用氫氧化鈉和碳酸鈉的化學(xué)性質(zhì)確定久置的氫氧化鈉的成分、利用濃稀硫酸的性質(zhì)計(jì)算久置氫氧化鈉中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，難度較大．