Question

15．某學(xué)習(xí)小組的同學(xué)在學(xué)習(xí)了Na₂CO₃、NaHCO₃的性質(zhì)后，了解到它們都能與鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生CO₂氣體，那么如何鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃呢？帶著這樣的疑問(wèn)，他們進(jìn)行了下列探究：
【猜想】（1）甲同學(xué)認(rèn)為可用CaCl₂溶液鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液，而不能用澄清石灰水鑒別．
（2）乙同學(xué)認(rèn)為固體Na₂CO₃、NaHCO₃可用加熱的方法鑒別．依據(jù)是NaHCO₃不穩(wěn)定，受熱易分解，而Na₂CO₃受熱不易分解．
（3）丙同學(xué)認(rèn)為可用鹽酸鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃固體．
【實(shí)驗(yàn)探究】
（1）甲同學(xué)：①將CaCl₂溶液加入到分別盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的試管中，發(fā)現(xiàn)盛有Na₂CO₃的試管產(chǎn)生了白色沉淀；②將澄清石灰水加入到分別盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的試管中，發(fā)現(xiàn)兩支試管中也都產(chǎn)生了白色沉淀．
此實(shí)驗(yàn)結(jié)果與猜想相同．
（2）乙同學(xué)分別取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固體于大試管中加熱（如圖）：

①加熱Na₂CO₃時(shí)，開始即見小試管中有少量氣泡產(chǎn)生，繼續(xù)加熱，氣泡逐漸減少，未見澄清石灰水變渾濁，②加熱NaHCO₃時(shí)，乙同學(xué)觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與①不同，證實(shí)了自己的猜想是合理的．
（3）丙同學(xué)在兩支分別盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃固體的試管中，各加入2mL
2mol/L的鹽酸，觀察到兩支試管中均產(chǎn)生了大量氣體，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與猜想不一致，即得出不能用鹽酸鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃．
【問(wèn)題討論】
（1）甲同學(xué)的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大家對(duì)CaCl₂與Na₂CO₃溶液的反應(yīng)比較熟悉，該反應(yīng)的離子方程式為CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓；
（2）乙同學(xué)在加熱Na₂CO₃固體時(shí)，開始產(chǎn)生少量氣泡的原因是空氣受熱膨脹；在加熱NaHCO₃固體時(shí)，乙同學(xué)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是澄清石灰水變渾濁、小試管中有大量氣泡產(chǎn)生、大試管管口有水珠等．
（3）丁同學(xué)認(rèn)為丙同學(xué)的結(jié)論不對(duì)．丁同學(xué)認(rèn)為對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做一些改進(jìn)，可用于鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉．他的改進(jìn)方法是：稱取各2.1g 兩種固體，放入兩個(gè)容積一樣的氣球中，在兩只錐形瓶中各加入約25mL 2mol/L 的鹽酸，分別將氣球套在錐形瓶瓶口上，同時(shí)將氣球中的固體同時(shí)倒入錐形瓶中，氣球的膨脹比較快（填快或慢）的或最后氣球比較大（填大或小）的是碳酸氫鈉．
【拓展應(yīng)用】
（1）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，可加入適量的NaOH溶液．
（2）要測(cè)定Na₂CO₃與NaHCO₃固體混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，可采用的方案有多種，請(qǐng)簡(jiǎn)述其中一種方案（寫出簡(jiǎn)要步驟及要測(cè)定的數(shù)據(jù)，不要求寫出如何用數(shù)據(jù)求出結(jié)果）：方案一：稱取5 g 樣品于坩堝（已稱量）加熱至無(wú)水蒸氣逸出，冷卻、稱 量加熱后樣品與坩堝的質(zhì)量，重復(fù)至恒重；方案二：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入已稱質(zhì)量的50mL 2mol/L的硫酸，充分?jǐn)嚢韬�，靜置，稱量燒杯（含反應(yīng)后溶液）的質(zhì)量至恒重；方案三：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入50mL 2mol/L的氫氧化鋇溶液，充分?jǐn)嚢韬�，靜置，過(guò)濾、洗滌、烘干沉淀，冷卻稱量沉淀的質(zhì)量；方案四：稱取5 g 樣品于燒杯中，加入50mL 蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬�，稱量燒杯（含溶液）的質(zhì)量，然后通入純凈干燥的二氧化碳，充分反應(yīng)后，再稱量至恒重．

Answer 1

分析 【猜想】（2）根據(jù)NaHCO₃不穩(wěn)定，受熱易分解，而Na₂CO₃受熱不易分解角度分析；
【問(wèn)題討論】（1）CaCl₂與Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式；
（2）裝置中含有空氣，加熱時(shí)空氣受熱膨脹，所以開始會(huì)產(chǎn)生少量氣泡；在加熱NaHCO₃固體時(shí)，碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、二氧化碳?xì)怏w和水，據(jù)此判斷反應(yīng)現(xiàn)象；    
（3）碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氫氣的速率不同，可以用鹽酸鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉；碳酸氫鈉直接與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，而碳酸鈉與鹽酸先生成碳酸氫鈉，所以加入碳酸氫鈉的氣球膨脹比較快；根據(jù)n=$\frac{m}{M}$及碳原子守恒可知，碳酸氫鈉的摩爾質(zhì)量較小，則等質(zhì)量時(shí)碳酸氫鈉放出的氫氣多，則氫氣比較大；
【拓展應(yīng)用】（1）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，除雜不能引進(jìn)新的雜質(zhì)，可以加入適量的強(qiáng)氧化鈉；
（2）測(cè)定Na₂CO₃與NaHCO₃固體混合物中Na₂CO₃，可通過(guò)以下方法：方案一：稱取5 g 樣品于坩堝（已稱量）加熱至無(wú)水蒸氣逸出，冷卻、稱 量加熱后樣品與坩堝的質(zhì)量，重復(fù)至恒重；方案二：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入已稱質(zhì)量的50mL 2mol/L的硫酸，充分?jǐn)嚢韬�，靜置，稱量燒杯（含反應(yīng)后溶液）的質(zhì)量至恒重；方案三：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入50mL 2mol/L的氫氧化鋇溶液，充分?jǐn)嚢韬螅�靜置，過(guò)濾、洗滌、烘干沉淀，冷卻稱量沉淀的質(zhì)量；方案四：稱取5 g 樣品于燒杯中，加入50mL 蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬�，稱量燒杯（含溶液）的質(zhì)量，然后通入純凈干燥的二氧化碳，充分反應(yīng)后，再稱量至恒重．

解答 解：【猜想】（2）由于NaHCO₃不穩(wěn)定，受熱易分解，而Na₂CO₃受熱不易分解，所以Na₂CO₃、NaHCO₃可用加熱的方法鑒別，
故答案為：NaHCO₃不穩(wěn)定，受熱易分解，而Na₂CO₃受熱不易分解；
【問(wèn)題討論】（1）CaCl₂與Na₂CO₃溶液反應(yīng)生成碳酸鈣沉淀和氯化鈉，反應(yīng)的離子方程式為：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，
故答案為：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓；
（2）裝置中由有空氣，所以乙同學(xué)在加熱Na₂CO₃固體時(shí)，空氣受熱膨脹，所以開始會(huì)產(chǎn)生少量氣泡；在加熱NaHCO₃固體時(shí)，碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、二氧化碳?xì)怏w和水，二氧化碳能夠使澄清石灰水變渾濁，所以乙同學(xué)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為：澄清石灰水變渾濁、小試管中有大量氣泡產(chǎn)生、大試管管口有水珠等，
故答案為：空氣受熱膨脹；澄清石灰水變渾濁、小試管中有大量氣泡產(chǎn)生、大試管管口有水珠等（寫出兩個(gè)現(xiàn)象即可）；    
（3）碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生氫氣的速率不同，可以用鹽酸鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉，所以丙的結(jié)論錯(cuò)誤；丁同學(xué)認(rèn)為對(duì)實(shí)驗(yàn)方案做一些改進(jìn)，可用于鑒別碳酸鈉與碳酸氫鈉，方法為：稱取各2.1g 兩種固體，放入兩個(gè)容積一樣的氣球中，在兩只錐形瓶中各加入約25mL 2mol/L 的鹽酸，分別將氣球套在錐形瓶瓶口上，同時(shí)將氣球中的固體同時(shí)倒入錐形瓶中，碳酸氫鈉直接與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳?xì)怏w，而碳酸鈉與鹽酸先生成碳酸氫鈉，所以加入碳酸氫鈉的氣球膨脹比較快；根據(jù)n=$\frac{m}{M}$及碳原子守恒可知，碳酸氫鈉的摩爾質(zhì)量較小，則等質(zhì)量時(shí)碳酸氫鈉放出的氫氣多，則氫氣比較大，
故答案為：快；大；
【拓展應(yīng)用】（1）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，為了不引進(jìn)新的雜質(zhì)，可以加入適量的強(qiáng)氧化鈉，
故答案為：NaOH（或氫氧化鈉）；
（2）測(cè)定Na₂CO₃與NaHCO₃固體混合物中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的方法有：方案一：稱取5 g 樣品于坩堝（已稱量）加熱至無(wú)水蒸氣逸出，冷卻、稱 量加熱后樣品與坩堝的質(zhì)量，重復(fù)至恒重；方案二：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入已稱質(zhì)量的50mL 2mol/L的硫酸，充分?jǐn)嚢韬�，靜置，稱量燒杯（含反應(yīng)后溶液）的質(zhì)量至恒重；方案三：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入50mL 2mol/L的氫氧化鋇溶液，充分?jǐn)嚢韬螅�靜置，過(guò)濾、洗滌、烘干沉淀，冷卻稱量沉淀的質(zhì)量；方案四：稱取5 g 樣品于燒杯中，加入50mL 蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬�，稱量燒杯（含溶液）的質(zhì)量，然后通入純凈干燥的二氧化碳，充分反應(yīng)后，再稱量至恒重，
故答案為：方案一：稱取5 g 樣品于坩堝（已稱量）加熱至無(wú)水蒸氣逸出，冷卻、稱 量加熱后樣品與坩堝的質(zhì)量，重復(fù)至恒重；方案二：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入已稱質(zhì)量的50mL 2mol/L的硫酸，充分?jǐn)嚢韬�，靜置，稱量燒杯（含反應(yīng)后溶液）的質(zhì)量至恒重；方案三：稱取5 g 樣品于已稱質(zhì)量的燒杯中，加入50mL 2mol/L的氫氧化鋇溶液，充分?jǐn)嚢韬螅�靜置，過(guò)濾、洗滌、烘干沉淀，冷卻稱量沉淀的質(zhì)量；方案四：稱取5 g 樣品于燒杯中，加入50mL 蒸餾水，充分?jǐn)嚢韬�，稱量燒杯（含溶液）的質(zhì)量，然后通入純凈干燥的二氧化碳，充分反應(yīng)后，再稱量至恒重．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，題目難度中等，熟練掌握碳酸鈉、碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)為解答關(guān)鍵，注意掌握性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的原則，試題培養(yǎng)了學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?/p>