Question

2．某化學興趣小組對二氧化碳與氫氧化鈉反應后溶液中的溶質進行如下探究：向300mL 1mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO₂，充分反應后將溶液蒸發(fā)結晶，得到一定量的白色固體．
（1）該興趣小組根據NaOH與CO₂的反應，認為該白色固體的組成可能有以下幾種情況：NaOH和Na₂CO₃、只有Na₂CO₃、只有NaHCO₃、Na₂CO₃和NaHCO₃．
（2）當通入標準狀況下CO₂的體積為2.24L時，該白色固體的組成為4 g NaOH和10.6 g Na₂CO₃（填寫物質的化學式及對應質量）．
①請設計實驗方案進行實驗驗證．限選實驗試劑：1mol•L^-1 HCl溶液、1mol•L^-1MgCl₂溶液、0.5mol•L^-1 BaCl₂溶液、1mol•L^-1Ba（OH）₂溶液、甲基橙試液、酚酞試液．（步驟可不填滿也可增加）

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結論
步驟1：
步驟2：
步驟3：

②將該白色固體配成溶液，向溶液中滴加1mol•L^-1的鹽酸．下列圖象能正確表示加入鹽酸的體積和生成CO₂的物質的量的關系的是C．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水，二氧化碳恰好反應得到碳酸鈉溶液，二氧化碳不足溶液中溶質為碳酸鈉和氫氧化鈉，當二氧化碳過量時，碳酸鈉也會與二氧化碳反應；
（2）①要驗證NaOH和Na₂CO₃同時存在，根據題中所給試劑，要首先利用中性溶液BaCl₂檢驗出碳酸鈉，并將碳酸根離子全部沉淀，再通過檢驗溶于的pH來確定是否含有NaOH；
②對NaOH和Na₂CO₃混合配成的溶液，當滴加鹽酸時，先發(fā)生氫氧化鈉與鹽酸的中和反應，再發(fā)生碳酸鈉與鹽酸的反應生成碳酸氫鈉和氯化鈉，最后發(fā)生碳酸氫鈉與鹽酸反應才有二氧化碳氣體生成，利用物質的量的關系并結合圖象即可解答．

解答 解：（1）二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水，二氧化碳恰好反應得到碳酸鈉溶液，二氧化碳不足溶液中溶質為碳酸鈉和氫氧化鈉，當二氧化碳過量時，碳酸鈉也會與二氧化碳反應，Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃ ，可以得到溶液中的溶質為NaOH與CO₂反應可生成Na₂CO₃或NaHCO₃，或NaHCO₃，所以白色固體可能為NaOH和Na₂CO₃、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂CO₃ 和NaHCO₃，
故答案為：NaOH和Na₂CO₃、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂CO₃ 和NaHCO₃；
（2）向300mL 1mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO₂，當通入標準狀況下CO₂的體積為2.24L時，
n（CO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，n（NaOH）=0.3L×1mol/L=0.3mol，
   CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O
    1      2     1
  0.1mol  0.2mol 0.1mol
此時氫氧化鈉過量，得到溶液中Na₂CO₃質量=0.1×106g/mol=10.6g，NaOH的質量=（0.3mol-0.2mol）×40g/mol=4g，
①要驗證NaOH和Na₂CO₃同時存在，根據題中所給試劑，要首先利用中性溶液BaCl₂檢驗出碳酸鈉，并將碳酸根離子全部沉淀，再通過檢驗溶于的pH來確定是否含有NaOH，
步驟1：取少量白色固體于試管中，加適量水溶解，再加0.5moL•L^-1BaCl₂溶液至過量，產生白色沉淀，說明固體中含有Na₂CO₃；
步驟2：過濾，取少量濾液（或：靜置，用膠頭滴管取上層清液少許）于試管中，再向試管中滴加1～2滴酚酞試液，溶液變紅色，說明固體中含有NaOH，
故答案為：4 g NaOH和10.6 g Na₂CO₃

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結論
步驟1：取少量白色固體于試管中，加足量水溶解，再加足量0.5 mol•L-1 BaCl2溶液	產生白色沉淀，說明白色固體中含有Na2CO3
步驟2：過濾，取2 mL濾液于試管中，再向試管中滴加酚酞試液	溶液變紅色，說明白色固體中含有NaOH

②4g NaOH的物質的量為$\frac{4g}{40g/mol}$=0.1mol，10.6g Na₂C0₃的物質的量為$\frac{10.6g}{106g/mol}$=0.1mol，向NaOH和混合溶液中滴加1mol•L^-1的鹽酸，先發(fā)生氫氧化鈉與鹽酸的中和反應，再發(fā)生碳酸鈉與鹽酸的反應生成碳酸氫鈉和氯化鈉，最后發(fā)生碳酸氫鈉與鹽酸反應才有二氧化碳氣體生成，
A、加入0.1L鹽酸，n（HCl）=0.1L×1mol/L=0.1mol，0.1mol鹽酸與氫氧化鈉反應沒有氣體生成，再加入0.1molHCl，與0.1mol碳酸鈉恰好反應生成碳酸氫鈉，也沒有氣體生成，則圖象與實際不符，故A錯誤；
B、先發(fā)生氫氧化鈉與鹽酸的中和反應，圖象中開始反應即有氣體生成，與反應不符，故B錯誤；
C、向NaOH和Na₂CO₃混合溶液中滴加鹽酸時，首先和NaOH反應生成水和氯化鈉，當滴入0.1L時，兩者恰好反應完全；繼續(xù)滴加時，鹽酸和Na₂CO₃開始反應，首先發(fā)生HCl+Na₂CO₃=NaHCO₃+NaCl，不放出氣體，當再加入0.1L時，此步反應進行完全；繼續(xù)滴加時，發(fā)生反應：NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，此時開始放出氣體，再消耗0.1L鹽酸，生成二氧化碳達最大，圖象與實際相符合，故C正確；
D、因碳酸鈉與鹽酸的反應分步完成，則碳酸鈉與鹽酸先反應生成碳酸氫鈉和氯化鈉，此時沒有氣體生成，則圖象與反應不符，故D錯誤；
故答案為：C．

點評 本題考查較為綜合，以物質的制備實驗為載體，綜合考查實驗的設計、物質的分離、提純等知識，注意根據物質的性質設計實驗方案，題目難度中等．