Question

2．某化學(xué)興趣小組對二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)后溶液中的溶質(zhì)進(jìn)行如下探究：向300mL 1mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO₂，充分反應(yīng)后將溶液蒸發(fā)結(jié)晶，得到一定量的白色固體．
（1）該興趣小組根據(jù)NaOH與CO₂的反應(yīng)，認(rèn)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(dāng)通入標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)的化學(xué)式及對應(yīng)質(zhì)量）．
①請設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證．限選實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)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(zhì)的量的關(guān)系的是C．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，二氧化碳恰好反應(yīng)得到碳酸鈉溶液，二氧化碳不足溶液中溶質(zhì)為碳酸鈉和氫氧化鈉，當(dāng)二氧化碳過量時，碳酸鈉也會與二氧化碳反應(yīng)；
（2）①要驗(yàn)證NaOH和Na₂CO₃同時存在，根據(jù)題中所給試劑，要首先利用中性溶液BaCl₂檢驗(yàn)出碳酸鈉，并將碳酸根離子全部沉淀，再通過檢驗(yàn)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(dāng)?shù)渭欲}酸時，先發(fā)生氫氧化鈉與鹽酸的中和反應(yīng)，再發(fā)生碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化鈉，最后發(fā)生碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)才有二氧化碳?xì)怏w生成，利用物質(zhì)的量的關(guān)系并結(jié)合圖象即可解答．

解答 解：（1）二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，二氧化碳恰好反應(yīng)得到碳酸鈉溶液，二氧化碳不足溶液中溶質(zhì)為碳酸鈉和氫氧化鈉，當(dāng)二氧化碳過量時，碳酸鈉也會與二氧化碳反應(yīng)，Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃ ，可以得到溶液中的溶質(zhì)為NaOH與CO₂反應(yīng)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(dāng)通入標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量=0.1×106g/mol=10.6g，NaOH的質(zhì)量=（0.3mol-0.2mol）×40g/mol=4g，
①要驗(yàn)證NaOH和Na₂CO₃同時存在，根據(jù)題中所給試劑，要首先利用中性溶液BaCl₂檢驗(yàn)出碳酸鈉，并將碳酸根離子全部沉淀，再通過檢驗(yàn)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(chǎn)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(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)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(chǎn)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(zhì)的量為$\frac{4g}{40g/mol}$=0.1mol，10.6g Na₂C0₃的物質(zhì)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(yīng)，再發(fā)生碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化鈉，最后發(fā)生碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)才有二氧化碳?xì)怏w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(yīng)沒有氣體生成，再加入0.1molHCl，與0.1mol碳酸鈉恰好反應(yīng)生成碳酸氫鈉，也沒有氣體生成，則圖象與實(shí)際不符，故A錯誤；
B、先發(fā)生氫氧化鈉與鹽酸的中和反應(yīng)，圖象中開始反應(yīng)即有氣體生成，與反應(yīng)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(yīng)生成水和氯化鈉，當(dāng)?shù)稳?.1L時，兩者恰好反應(yīng)完全；繼續(xù)滴加時，鹽酸和Na₂CO₃開始反應(yīng)，首先發(fā)生HCl+Na₂CO₃=NaHCO₃+NaCl，不放出氣體，當(dāng)再加入0.1L時，此步反應(yīng)進(jìn)行完全；繼續(xù)滴加時，發(fā)生反應(yīng)：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(dá)最大，圖象與實(shí)際相符合，故C正確；
D、因碳酸鈉與鹽酸的反應(yīng)分步完成，則碳酸鈉與鹽酸先反應(yīng)生成碳酸氫鈉和氯化鈉，此時沒有氣體生成，則圖象與反應(yīng)不符，故D錯誤；
故答案為：C．

點(diǎn)評 本題考查較為綜合，以物質(zhì)的制備實(shí)驗(yàn)為載體，綜合考查實(shí)驗(yàn)的設(shè)計、物質(zhì)的分離、提純等知識，注意根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，題目難度中等．