Question

14．化學晚會上，小明表演了如圖魔術，大家觀察到小明將無色的“水”慢慢加入到“空”燒杯中，“水”變為紅色，再繼續加入“水”，紅色又逐漸消失．

【魔術解密】燒杯內壁先用氫氧化鈉的濃溶液涂抹，倒入少量“水”（稀硫酸和酚酞的混合溶液），開始氫氧化鈉過量，使酚酞溶液變紅色，再倒，氫氧化鈉反應完，又變成無色．
【提出問題】反應后所得無色溶液中溶質是什么？
【提出猜想】化學興趣小組同學根據魔術解密，一致認為反應后溶液中的溶質（除酚酞外）一定有Na₂SO₄，理由是2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O（用化學方程式表示）．
【設計方案】查閱資料發現，所猜想溶質的水溶液呈中性，小華經過認真分析后，認為反應后所得的溶液中還可能存在硫酸，并針對自己的猜想，設計了下列兩種實驗方案：

實驗方案	實驗步驟	預期現象	結論
方案一	取樣，滴入適量的硝酸鋇溶液	出現白色沉淀	有硫酸
方案二	取樣，滴入盛有鋅粒的試管中	有氣泡產生	有硫酸
你的不同方案	取樣，紫色石蕊溶液	溶液變紅	有硫酸

【反思評價】小組同學仔細研究小華的兩種實驗方案后，認為方案一無法驗證小華猜想的正確性，理由是硫酸鈉和硫酸都能與硝酸鋇溶液反應，生成白色沉淀，無法確定溶液中是否含有硫酸，請你根據所學知識，設計一種不同于上述兩種的可行方案，確認是否存在硫酸，并將正確答案填寫在答題紙對應的橫線上．
【拓展遷移】細心的小月在觀看魔術的過程中，發現在紅色消失瞬間，短時間內看到有少量氣泡產生，她由此推斷，小明用的氫氧化鈉溶液可能變質，生成少量碳酸鈉，若要檢驗氫氧化鈉溶液是否變質，可以選用的藥品有（填寫2種不同類別物質的化學式）HCl（或H₂SO₄等）、CaCl₂（或BaCl₂等）、Ca（OH）₂[或Ba（OH）₂等]．
【數據處理】方案二中，若取含硫酸的無色溶液樣品質量為10g，滴入盛有足量鋅粒的容器中，完全反應后，經精確測定，氣體質量為0.01g，式計算無色溶液中硫酸的溶質的質量分數．（寫出計算過程）樣品中硫酸的質量分數為4.9%．

Answer 1

分析 氫氧化鈉溶液能夠使酚酞變紅，氫氧化鈉和稀硫酸反應生成了硫酸鈉和水，可以據此完成該題的解答；可能剛好完全反應，也可能其中的一種過量，結合題中的猜想進行分析；
【設計方案】根據酸的性質分析解答；
【反思評價】根據硫酸鈉和硫酸都能與硝酸鋇溶液反應，生成白色沉淀解答；
【拓展遷移】根據已有的物質的性質進行分析解答，氫氧化鈉能與二氧化碳反應生成碳酸鈉碳酸鈉呈堿性，能與鹽酸反應生成二氧化碳氣體解答；
【數據處理】鋅能與稀硫酸反應生成氫氣，依據氫氣的質量利用化學方程式可求出參加反應的硫酸的質量，進而計算出溶質的質量分數．

解答 解：[提出猜想]氫氧化鈉溶液能夠使酚酞變紅，所以在加入稀硫酸之前溶液呈紅色，當加入稀硫酸，由于氫氧化鈉和稀硫酸反應生成了硫酸鈉和水，而硫酸鈉為中性的溶液，所以可以觀察到溶液的紅色消失；反應后溶液中的溶質（除酚酞外）一定有Na₂SO₄，理由是2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；
【設計方案】要驗證是否含有硫酸即可，根據硫酸的性質，可以選擇活潑的金屬來進行驗證，例如鋅，如果觀察到有氣泡冒出，則說明溶液中含有硫酸，反之則沒有硫酸；或加入紫色石蕊試液，如果溶液變紅，說明有硫酸；或加入碳酸鈉溶液，如果觀察到有氣泡冒出，則說明溶液中含有硫酸，反之則沒有硫酸；
【反思評價】因為硫酸鈉和硫酸都能與硝酸鋇溶液反應，生成白色沉淀，無法確定溶液中是否含有硫酸，所以實驗方案一無法驗證小華猜想的正確性；
【拓展遷移】氫氧化鈉變質生成的是碳酸鈉，碳酸鈉能與酸反應生成氣體，故可能加入的是稀鹽酸或硫酸；或加入氯化鈣溶液，能觀察到有白色沉淀生成，證明氫氧化鈉已變質；
【數據處理】
設參加反應的硫酸的質量為x
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑
    98          2
     x         0.01g
$\frac{98}{x}=\frac{2}{0.01g}$
x=0.49g
無色溶液中硫酸的溶質的質量分數=$\frac{0.49g}{10g}×$100%=4.9%
答案：[提出猜想]Na₂SO₄；  2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；
[設計方案]紫色石蕊溶液（或碳酸鈉、或氫氧化銅、或氧化銅、或pH試紙等）（只要避開活潑金屬，答案合理即可）   現象要對應即可
[反思評價]一；  硫酸鈉和硫酸都能與硝酸鋇溶液反應，生成白色沉淀，無法確定溶液中是否含有硫酸（答案合理即可）
[拓展遷移]HCl（或H₂SO₄等）、CaCl₂（或BaCl₂等）、Ca（OH）₂[或Ba（OH）₂等]（三選二，答案合理即可）
[數據處理]樣品中硫酸的質量分數為4.9%．

點評 在做中和反應的實驗時，由于酸和堿的溶液一般是無色，二者反應時的現象不明顯，所以往往借助于一些試劑或儀器等（如酸堿指示劑、pH試紙、溫度計等），來幫助我們判斷反應是否進行或恰好完全．