Question

13．小剛、小軍、小紅對一久置的NaOH白色粉末的成分進行探究并測定其成分的含量．
（一）成分的確定
三位同學都作出以下的猜想：
①可能是NaOH； ②可能是Na₂CO₃； ③可能是NaOH與Na₂CO₃的混合物．
（1）做出②③猜想的依據是CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O（用化學方程式表示）
（2）為了驗證①②③猜想，他們分別做了下面的實驗．
小剛取少量白色粉末于試管中，再滴加稀HCl，有氣泡產生，由此可推出白色粉末中一定含有Na₂CO₃，肯定猜想①（填序號）是錯誤的．
小軍又取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加酚酞試液，溶液變?yōu)榧t色．由此小軍結合小剛的實驗，認為猜想③是正確的．小紅卻認為小軍的所得結論不確切，因為Na₂CO₃顯堿性也會使酚酞試液變紅．
（3）為探究白色粉末是否含有NaOH，小紅設計了如圖1所示實驗方案：

①沉淀B的化學式為CaCO₃．
②在操作1中要用到玻璃棒，其作用是攪拌；在操作2中，除要用到鐵架臺（帶鐵圈）、燒杯、濾紙、玻璃棒外，還需補充的玻璃儀器是漏斗．
③小剛認為小紅的這個方案也有問題，理由是Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應后也有NaOH生成． 但只要稍加改進，就可以證明粉末中還含有NaOH，則小剛改進的方法是將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂ 或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）．小剛對小紅的實驗作了正確的改進后進行了實驗，實驗現象和小紅的一致，由此確定猜想③是正確的．
（二）各成分含量的測定
三位同學利用電子天平共同作了如圖2所示測定實驗．

實驗數據記錄如表：

稱　　　量　　　項　　　目	稱　　　量　　時　間	質量（g）
試樣		10.00
裝置+稀硫酸質量		241.20
裝置+稀硫酸質量+試樣	反應開始后15秒	249.20
裝置+稀硫酸質量+試樣	反應開始后35秒	249.00
裝置+稀硫酸質量+試樣	反應開始后55秒	249.00

（4）寫出錐形瓶中發(fā)生反應化學方程式：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（5）試通過分析表中數據計算出混合物中試樣中各成份的質量分數，NaOH47%，Na₂CO₃53%．
（三）實驗反思：
（1）有同學提出按上述實驗所測得試樣中Na₂CO₃質量分數會偏小，該同學的理由是CO₂密度比空氣大，會有CO₂殘留在裝置中，造成最終測得的質量偏大，測得生成的CO₂質量偏�。�（或濃硫酸會吸收空氣中的水份，造成最終測得的質量偏大，測得生成的CO₂質量偏�。�）（實驗操作均正確）．
（2）根據反應的化學方程式分析，NaOH部分變質或全部變質，與沒有變質的NaOH相比，中和反應時消耗硫酸的量相等（填“相等”、“大于”或“小于”）

Answer 1

分析 根據題設條件，按步分析，邏輯推理，層層推進，“對號入座”，得出結論．
解題時注意：（1）思維過程展示注意邏輯性；（2）發(fā)散性結論（幾種可能組合）按序排列分析，防止遺漏或重復；（3）表述要清楚
氫氧化鈉能與二氧化碳費用生成碳酸鈉，碳酸鈉的水溶液呈堿性，能使酚酞試液變紅；檢驗碳酸鈉可以使用酸或含有可溶性鈣離子的物質；碳酸鈉和氫氧化鈉同時存在，檢驗氫氧化鈉，需要先除去碳酸鈉，并且不能生成氫氧化鈉，據此解答．

解答 解：一、成分的確定
由于久置的氫氧化鈉可能與空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，該反應的化學方程式為：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．因此能作出題干中的三種猜想．
（1）由于碳酸鈉與稀鹽酸反應時有氣泡產生，因此向固體中加入稀鹽酸，若觀察到有氣泡產生，就能說明固體中含有碳酸鈉．若固體中含有碳酸鈉，就能說明猜想①是錯誤的．
（2）溶液中存在Na₂CO₃也會使酚酞變紅，因此無色酚酞試液變紅時，不能說明一定含有氫氧化鈉．說明小軍的結論不確切，甚至有可能是錯誤的．
（3）向白色粉末中加水，粉末會溶解，為加速溶解，可以用玻璃棒攪拌，從而得到溶液A．因此操作1是溶解，在該操作中玻璃棒所起的作用是“攪拌，加速溶解”．
由于粉末中的物質至多有氫氧化鈉和碳酸鈉，其中氫氧化鈉與石灰水不反應，碳酸鈉能與石灰水反應生成白色沉淀碳酸鈣，因此通過這一操作和現象，可以確定粉末中一定含有碳酸鈉，沉淀B一定是碳酸鈣．碳酸鈣的化學式為CaCO₃．
由于Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應后也有NaOH生成，因此這個方案不能證明白色粉末中是否含有NaOH．
改進方案：將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂即可．
二、各成分含量的確定
（1）通過以上的分析可知：白色粉末中含有氫氧化鈉和碳酸鈉．
稀硫酸與氫氧化鈉反應生成硫酸鈉和水．
該反應的化學方程式為：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O．
稀硫酸與碳酸鈉反應生成硫酸鈉、水和二氧化碳．
該反應的化學方程式為：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）生成二氧化碳的質量為：241.20g+10.00g-249.00g=2.20g
設樣品中碳酸鈉的質量分數為x．
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                     44
10.00g×x               2.20g
$\frac{106}{10.00g×x}=\frac{44}{2.20g}$
x=53%
NaOH占：1-53%=47%
【實驗反思】CO₂密度比空氣大，會有CO₂殘留在裝置中，造成最終稱得的質量偏大，使計算出的CO₂質量偏小（或濃硫酸會吸收空氣中的水分，造成最終稱得的質量偏大，使計算出的CO₂質量偏�。�．
故答案為：
一、成分的確定
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（1）Na₂CO₃ ①
（2）溶液中存在Na₂CO₃也會使酚酞變紅
（3）①CaCO₃
②攪拌，加速溶解；
③Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應后也有NaOH生成
改進方案：將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂．
二、各成分含量的確定
（1）方程式為2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
（2）樣品中Na₂CO₃53%；
【實驗反思】（1）CO₂密度比空氣大，會有CO₂殘留在裝置中，造成最終稱得的質量偏大，使計算出的CO₂質量偏��；
（2）根據化學方程式2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
可知NaOH部分變質或全部變質，與沒有變質的NaOH相比，中和反應時消耗硫酸的量相等．
答案：（1）CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（2）Na₂CO₃；①； Na₂CO₃顯堿性也會使酚酞試液變紅
（3）①CaCO₃； ②攪拌；漏斗；
③Na₂CO₃與Ca（OH）₂反應后也有NaOH生成；將滴加澄清石灰水改為過量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂ 或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）；
（4）2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（5）47%；53%；
【實驗反思】（1）CO₂密度比空氣大，會有CO₂殘留在裝置中，造成最終測得的質量偏大，測得生成的CO₂質量偏�。�（或濃硫酸會吸收空氣中的水份，造成最終測得的質量偏大，測得生成的CO₂質量偏小．）
（2）相等．

點評 本題主要考查利用氫氧化鈉和碳酸鈉的化學性質確定久置的氫氧化鈉的成分、利用濃稀硫酸的性質計算久置氫氧化鈉中各成分的質量分數，難度較大．