Question

2．某化學(xué)興趣小組用100mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收了a mol CO₂后得到溶液A（液體體積無(wú)變化）．為了確定溶液A的溶質(zhì)成分及a值，該興趣小組的同學(xué)進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)幫助他們完成下列相應(yīng)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容．
[提出假設(shè)]
假設(shè)Ⅰ：溶液A的溶質(zhì)為NaOH、Na₂CO₃；
假設(shè)Ⅱ：溶液A的溶質(zhì)為Na₂CO₃；
假設(shè)Ⅲ：溶液A的溶質(zhì)為Na₂CO₃、NaHCO₃；
假設(shè)Ⅳ：溶液A的溶質(zhì)為NaHCO₃．
[實(shí)驗(yàn)過(guò)程]
（1）甲同學(xué)取少量溶液A于試管，再向試管中滴加幾滴酚酞溶液，溶液A變紅，由此得出假設(shè)I成立．
（2）乙同學(xué)分析后認(rèn)為甲同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)論有誤．請(qǐng)用離子方程式說(shuō)明乙同學(xué)的判斷依據(jù)CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^- 或HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；他進(jìn)一步提出，應(yīng)先取少量溶液，向其中加入足量的BaCl₂溶液，來(lái)檢驗(yàn)溶液A是否含Na₂CO₃，結(jié)果加入檢驗(yàn)溶液后觀察到溶液A變渾濁．
（3）丙同學(xué)為了檢驗(yàn)溶液A是否還含其它溶質(zhì)，他將乙同學(xué)所得渾濁溶液進(jìn)行過(guò)濾，并把濾液分為兩份，向其中的一份加入稀硫酸，有無(wú)色氣體生成，則假設(shè)Ⅲ正確．
（4）為準(zhǔn)確測(cè)定a值，丁同學(xué)取了10mL 溶液A在錐形瓶中，用滴定管向其中加入某濃度的稀硫酸，記錄加入硫酸的體積與生成氣體的情況，并繪制成如圖：則a=$\frac{1}{15}$mol，所加硫酸的物質(zhì)的量濃度為$\frac{1}{3}$．

Answer 1

分析 用100mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收了a mol CO₂后得到溶液A（液體體積無(wú)變化），二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉，溶液中為氫氧化鈉和碳酸鈉，二氧化碳恰好和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉，二氧化碳過(guò)濾得到溶液中溶質(zhì)為碳酸鈉和碳酸氫鈉，二氧化碳足量反應(yīng)生成碳酸氫鈉；
（2）甲同學(xué)取少量溶液A于試管，再向試管中滴加幾滴酚酞溶液，溶液A變紅，溶液呈堿性，可能的原因是假設(shè)Ⅰ，假設(shè)Ⅱ，假設(shè)Ⅲ，假設(shè)Ⅳ．碳酸鈉溶液中碳酸根離子、碳酸氫根離子水解溶液顯堿性，他進(jìn)一步提出，應(yīng)先取少量溶液，向其中加入足量的氯化鋇溶液，觀察到溶液A變渾濁是為了檢驗(yàn)溶液A中含有碳酸鈉；
（3）乙同學(xué)所得渾濁溶液進(jìn)行過(guò)濾，并把濾液分為兩份，向其中的一份加入稀硫酸，有無(wú)色氣體生成，是碳酸氫鈉溶液和鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，則含有碳酸鈉和碳酸氫鈉；
（4）圖象分析可知開(kāi)始無(wú)其消耗硫酸5ml，生成二氧化碳?xì)怏w消耗硫酸為10ml，發(fā)生反應(yīng)為：2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O證明含有溶質(zhì)為等物質(zhì)的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算得到．

解答 解：用100mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收了a mol CO₂后得到溶液A（液體體積無(wú)變化），二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉，溶液中為氫氧化鈉和碳酸鈉，二氧化碳恰好和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉，二氧化碳過(guò)濾得到溶液中溶質(zhì)為碳酸鈉和碳酸氫鈉，二氧化碳足量反應(yīng)生成碳酸氫鈉；假設(shè)Ⅰ：溶液A的溶質(zhì)為NaOH、Na₂CO₃；假設(shè)Ⅱ：溶液A的溶質(zhì)為Na₂CO₃；假設(shè)Ⅲ：溶液A的溶質(zhì)為Na₂CO₃、NaHCO₃；假設(shè)Ⅳ：溶液A的溶質(zhì)為NaHCO₃；
故答案為：NaHCO₃；
（2）甲同學(xué)取少量溶液A于試管，再向試管中滴加幾滴酚酞溶液，溶液A變紅，溶液呈堿性，可能的原因是假設(shè)Ⅰ，假設(shè)Ⅱ，假設(shè)Ⅲ，假設(shè)Ⅳ，碳酸鈉溶液中碳酸根離子、碳酸氫根離子水解溶液顯堿性，用離子方程式說(shuō)明乙同學(xué)的判斷依據(jù)為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^- 或HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-：他進(jìn)一步提出，應(yīng)先取少量溶液，向其中加入足量的氯化鋇溶液，觀察到溶液A變渾濁是為了檢驗(yàn)溶液A中含有碳酸鈉，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^- 或HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；BaCl₂；Na₂CO₃；
（3）乙同學(xué)所得渾濁溶液進(jìn)行過(guò)濾，并把濾液分為兩份，向其中的一份加入稀硫酸，有無(wú)色氣體生成，是碳酸氫鈉溶液和鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，則含有碳酸鈉和碳酸氫鈉，假設(shè)Ⅲ正確；
故答案為：Ⅲ；
（4）圖象分析可知開(kāi)始無(wú)其消耗硫酸5ml，生成二氧化碳?xì)怏w消耗硫酸為10ml，證明含有溶質(zhì)為等物質(zhì)的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，依據(jù)化學(xué)方程式定量關(guān)系計(jì)算得到，設(shè)硫酸濃度為：cmol/L，發(fā)生反應(yīng)為：2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O；
依據(jù)元素守恒列式計(jì)算：100mL 1mol/L NaOH溶液n（NaOH）=0.1mol，取10ml溶液中含有氫氧化鈉物質(zhì)的量為0.01mol，硫酸濃度為c，
得到0.015L×c×2=0.01mol
c=$\frac{1}{3}$mol/L，分析圖象可知NaHCO₃消耗硫酸10ml，
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O
2                 1
n （ 0.015L-0.005L）×$\frac{1}{3}$
n=$\frac{0.02}{3}$mol
100ml溶液中依據(jù)碳守恒得到二氧化碳物質(zhì)的量a=$\frac{0.02}{3}$mol×10=$\frac{1}{15}$mol；
故答案為：$\frac{1}{15}$mol；$\frac{1}{3}$mol/L．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了物質(zhì)組成的實(shí)驗(yàn)探究方法和物質(zhì)性質(zhì)的理解應(yīng)用，掌握基礎(chǔ)是關(guān)鍵，主要是碳酸鈉滴入氯水的反應(yīng)過(guò)程分析判斷，題目難度中等．