Question

11．鹽酸和硫酸是常見的酸，某化學(xué)學(xué)習(xí)小組探究了它們的一些性質(zhì)．
（1）用稀硫酸和鹽酸均可以去除鐵銹（主要成分為Fe₂O₃）．某化學(xué)興趣小組為探究哪種微粒能使氧化鐵溶解，設(shè)計了如下實驗方案，并得出初步結(jié)論．
①填寫下表中的實驗結(jié)論．

實驗過程	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
向盛有少量Fe2CO3的試管中分別加入NaCl溶液和Na2SO4溶液，振蕩	固體不溶解	${SO}_{4}^{2-}$或Cl-不能使Fe2O3溶解；H2O分子不能使Fe2O3溶解

②同學(xué)們認(rèn)為不需要做“向Fe₂O₃中加入水”的對比實驗，其中的理由是什么？
（2）同學(xué)們把如圖1甲、乙所示實驗完成后，依次將廢液緩慢倒入同一潔凈的燒杯中．當(dāng)傾倒液體時，觀察到廢液中有氣泡產(chǎn)生．

①經(jīng)討論確定，A試管中廢液里的溶質(zhì)是Na₂SO₄、H₂SO₄（寫化學(xué)式，下同）；B試管中廢液里的溶質(zhì)是NaCl、Na₂CO₃．
②在丙所示實驗過程中有氣體產(chǎn)生，請寫出此反應(yīng)的化學(xué)方程式．
（3）鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)放熱，如圖2（左）所示為二者溶液混合的探究實驗．隨著鹽酸的不斷滴入，燒杯中溶液溫度的變化如圖2所示．
①b點時如圖呈酸性（填“酸性”、“堿性”或“中性”）．
②當(dāng)溶液溫度為38℃時，可證明溶液中氫氧化鈉已經(jīng)不存在的實驗現(xiàn)象是什么？
（4）稱取銅、鋅混合物粉末10g置于燒杯中，慢慢加入稀硫酸使其充分反應(yīng)，直至固體質(zhì)量不再減少為止，此時用去49g稀硫酸，且燒杯中剩余固體的質(zhì)量為3.5g．請計算：所用的稀硫酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？

Answer 1

分析 （1）酸溶液和金屬氧化物發(fā)生反應(yīng)的實質(zhì)是酸中的氫離子和金屬氧化物中的氧離子結(jié)合生成水的過程，用鹽酸可以清除鐵銹，是因為鹽酸中的氫離子使氧化鐵溶解了，而不是鹽酸中的水分子和氯離子．
（2）廢液缸中有氣泡產(chǎn)生，說明液體中有酸和碳酸根；所以知A試管含有Na₂SO₄、H₂SO₄溶；B試管中含有NaCl、Na₂CO₃；
根據(jù)碳酸鈉和硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳解答；
（3）①根據(jù)到達(dá)b點的溫度變化來分析；②根據(jù)氫氧化鈉的性質(zhì)來分析；
（4）根據(jù)金屬活動性可知，金屬銅不能與稀硫酸發(fā)生反應(yīng)，而鋅與稀硫酸放出氫氣；固體質(zhì)量不再減少，可判斷鋅已完全反應(yīng)，反剩余固體為不能反應(yīng)的銅；混合物粉末的質(zhì)量與銅的質(zhì)量差即反應(yīng)所消耗鋅的質(zhì)量，利用該質(zhì)量計算出反應(yīng)所消耗硫酸的質(zhì)量，利用硫酸質(zhì)量與所加稀硫酸質(zhì)量比完成所用稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計算．

解答 解：（1）①由于真正使氧化鐵溶解的是硫酸、鹽酸中的氫離子，而不是硫酸中水分子和硫酸根離子，鹽酸中的水分子和氯離子，故答案為：${SO}_{4}^{2-}$或Cl^-不能使Fe₂O₃溶解；H₂O分子不能使Fe₂O₃溶解；
②由于NaCl溶液和Na₂SO₄溶液中本身就有水，故不需要，因為上面的實驗中，NaCl溶液和Na₂SO₄溶液里已經(jīng)含有水．
（2）①廢液缸中有氣泡產(chǎn)生，通過反應(yīng)可知：①硫酸和氫氧化鈉溶液生成硫酸鈉和水，②鹽酸和碳酸鈉生成氯化鈉和水和二氧化碳；另外還應(yīng)考慮硫酸和碳酸鈉過量；所以知A試管含有Na₂SO₄、H₂SO₄；B試管中含有NaCl、Na₂CO₃；
②在丙所示實驗過程中有氣體產(chǎn)生，是碳酸鈉和硫酸反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳，此反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（3）①b點的溫度是由高到低的趨勢，說明是中和反應(yīng)恰好完成后，繼續(xù)滴加稀鹽酸到過量，故填：酸性；
②當(dāng)溶液溫度為38℃時，可證明溶液中氫氧化鈉已經(jīng)不存在的實驗現(xiàn)象是往燒杯中再滴加少量氫氧化鈉溶液并觀察瞬間溶液顏色變化，若先變紅，后變無色，證明其中沒有氫氧化鈉．
（4）混合物中金屬鋅的質(zhì)量=10g-3.5g=6.5g
設(shè)49g稀硫酸中溶質(zhì)H₂SO₄的質(zhì)量為x
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑
65   98
6.5g  x
$\frac{65}{6.5g}=\frac{98}{x}$
x=9.8g
所用稀硫酸的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{9.8g}{49g}×$100%=20%
答案：
（1）①${SO}_{4}^{2-}$或Cl^-不能使Fe₂O₃溶解；H₂O分子不能使Fe₂O₃溶解；
②NaCl溶液和Na₂SO₄溶液里已經(jīng)含有水．
（2）①Na₂SO₄、H₂SO₄；NaCl、Na₂CO₃；
②Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（3）①酸性；②溶液由紅色變?yōu)闊o色；
（4）所用的稀硫酸中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是20%．

點評 本題主要考查化學(xué)實驗方案的設(shè)計與評價，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)和物質(zhì)間的反應(yīng)規(guī)律，學(xué)會運用猜想與事實驗證的方法和技巧處理實驗問題．解答此題的關(guān)鍵是只需要對所涉及的各個反應(yīng)中反應(yīng)物是否恰好完全反應(yīng)做出假設(shè)，若反應(yīng)物恰好完全反應(yīng)，則廢液中的溶質(zhì)只有生成物，若反應(yīng)結(jié)束后反應(yīng)物仍有剩余，則廢液中的溶質(zhì)除了生成物外還有剩余的反應(yīng)物．