Question

15．將CO₂通入NaOH溶液中，所得產(chǎn)物由于通入CO₂的物質(zhì)的量的不同而不同．完成下列填空．
（1）250mL 1mol•L^-1的NaOH溶液最多可吸收CO₂5.6L（標準狀況下）；
（2）向250mL 2mol•L^-1的NaOH溶液中通入一定量CO₂，溶液的質(zhì)量增加4.4g，將所得溶液蒸干，計算所得固體中各成分的物質(zhì)的量；
（3）將CO₂通入VL NaOH溶液中，若反應后CO₂和NaOH均無剩余，向所得溶液中加入過量的溶澄清石灰水，生成m₁g白色沉淀．
①根據(jù)以上數(shù)據(jù)，用代數(shù)式表示通入的CO₂體積V（CO₂）=0.224m₁ L（標準狀況下）；
②根據(jù)以上數(shù)據(jù)，推算出該NaOH溶液的濃度范圍：$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L≤c（NaOH）≤$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L；
③寫出確定該NaOH溶液濃度的實驗步驟，并用代數(shù)式表示NaOH溶液的濃度（設計實驗方案時，只能用題中提供的CO₂和NaOH溶液，不得使用其他化學試劑）．
實驗步驟：取VLNaOH溶液，緩緩向其中通入過量的CO₂，充分反應減壓低溫蒸發(fā)溶液，得固體NaHCO₃，稱其質(zhì)量為mg．

Answer 1

分析 （1）可能發(fā)生反應：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O、CO₂+NaOH═NaHCO₃，由方程式可知，完全反應生成碳酸氫鈉時，吸收二氧化碳最多，根據(jù)n=cV計算NaOH的物質(zhì)的量，根據(jù)方程式計算二氧化碳的物質(zhì)的量，再根據(jù)V=nV_m計算二氧化碳體積；
（2）溶液增重4.4g為二氧化碳的質(zhì)量，其物質(zhì)的量為0.1mol，故n（CO₂）：（NaOH）=0.1mol：0.25L×2mol/L=1：5，小于1：2，故氫氧化鈉有剩余，蒸發(fā)溶液得到的固體為碳酸鈉、氫氧化鈉，根據(jù)碳元素守恒計算碳酸鈉的物質(zhì)的量，根據(jù)鈉元素守恒計算氫氧化鈉的物質(zhì)的量；
（3）①m₁ g白色沉淀為碳酸鈣質(zhì)量，根據(jù)碳原子計算n（CO₂），再根據(jù)V=nV_m計算其體積；
②CO₂和NaOH反應全部生成NaHCO₃時，NaOH的物質(zhì)的量最小，全部生成Na₂CO₃時，NaOH的物質(zhì)的量最大，據(jù)此解答；
③取VL NaOH溶液，緩緩向其中通入過量的CO₂，充分反應減壓低溫蒸發(fā)溶液，得固體NaHCO₃，稱其質(zhì)量為m g，根據(jù)n=$\frac{m}{M}$計算NaHCO₃的物質(zhì)的量，根據(jù)鈉離子守恒計算n（NaOH），進而計算NaOH的物質(zhì)的量濃度．

解答 解：（1）可能發(fā)生反應：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O、CO₂+NaOH═NaHCO₃，由方程式可知，完全反應生成碳酸氫鈉時，吸收二氧化碳最多，NaOH的物質(zhì)的量=0.25L×1mol/L=0.25mol，故吸收二氧化碳的物質(zhì)的量=0.25mol，二氧化碳的體積=0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案為：5.6；
（2）溶液增重4.4g為二氧化碳的質(zhì)量，其物質(zhì)的量=$\frac{4.4g}{44g/mol}$=0.1mol，故n（CO₂）：（NaOH）=0.1mol：0.25L×2mol/L=1：5，小于1：2，故氫氧化鈉有剩余，蒸發(fā)溶液得到的固體為碳酸鈉、氫氧化鈉，根據(jù)碳元素守恒，碳酸鈉的物質(zhì)的量為0.1mol，
根據(jù)鈉元素守恒，氫氧化鈉的物質(zhì)的量=0.25L×2mol/L-0.1mol×2=0.3mol，
答：所得固體中碳酸鈉為0.1mol、氫氧化鈉為0.3mol；
（3）①根據(jù)碳原子守恒得n（CO₂）=n（CaCO₃）=$\frac{{m}_{1}g}{100g/mol}$=$\frac{{m}_{1}}{100}$mol，V（CO₂）=$\frac{{m}_{1}}{100}$mol×22.4L/mol=0.224m₁ L，
故答案為：0.224m₁ L；
②當后應后的生成物只有NaHCO₃時，NaOH的物質(zhì)的量最小，根據(jù)鈉原子守恒得n（NaOH）=n（NaHCO₃）=$\frac{{m}_{1}}{100}$mol，c_最小（NaOH）=$\frac{\frac{{m}_{1}}{100}mol}{VL}$=$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L；
當反應后的生成物只有Na₂CO₃時，NaOH的物質(zhì)的量最大，根據(jù)鈉原子守恒得n（NaOH）=2n（Na₂CO₃）=0.02m₁  mol，c_最大（NaOH）=$\frac{0.02{m}_{1}mol}{V}$=$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L；
當反應后的生成物是Na₂CO₃和NaHCO₃時，消耗的NaOH在上述的二者之間，故$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L≤c（NaOH）≤$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L，
故答案為：$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L≤c（NaOH）≤$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L；
③方案為：取VLNaOH溶液，緩緩向其中通入過量的CO₂，充分反應減壓低溫蒸發(fā)溶液，得固體NaHCO₃，稱其質(zhì)量為mg，n（NaOH）=n（NaHCO₃）=$\frac{m}{84}$mol，故c（NaOH）=$\frac{\frac{m}{84}mol}{VL}$=$\frac{m}{84V}$ mol/L，
故答案為：取VLNaOH溶液，緩緩向其中通入過量的CO₂，充分反應減壓低溫蒸發(fā)溶液，得固體NaHCO₃，稱其質(zhì)量為mg；$\frac{m}{84V}$ mol/L．

點評 本題考查化學方程式的計算、實驗方案設計，明確發(fā)生的化學反應，并學會利用極端假設、原子守恒來解答是解答本題的關鍵，難度中等．