Question

3．在一堂化學實驗課上，老師為每組同學分別提供了一瓶氫氧化鈉溶液，讓他們用7.3%的稀鹽酸來測定其溶質的質量分數．以下是幾組同學的設想及做法：

（1）甲組同學的實驗如圖1所示：在燒杯中加入20g氫氧化鈉溶液，滴入幾滴酚酞溶液，用滴管慢慢滴入7.3%的稀鹽酸，并不斷攪拌，至溶液顏色恰好變為無色為止．
請回答：
①酚酞溶液的作用是指示劑幫助判斷反應的發生；
②邊滴加稀鹽酸，邊要用玻璃棒不斷攪拌的目的是加快反應速度．
③當溶液恰好變為無色時，共用去稀鹽酸10g，則甲組這瓶氫氧化鈉溶液溶質質量分數為4%．
（2）乙組同學的設想是：在燒杯中加入一定量的氫氧化鈉溶液，用滴管慢慢滴入7.3%的稀鹽酸，并不斷攪拌，通過用pH試紙多次測定溶液pH的辦法，達到實驗目的．
①下列使用pH試紙的方法正確的是AD（填字母）．
A．將pH試紙剪成幾段節約使用
B．將pH試紙直接插入待測液中
C．將pH試紙潤濕后放在表面皿上，用玻璃棒蘸取待測液滴在pH試紙上
D．將pH試紙放在白色點滴板上，用玻璃棒蘸取待測液滴在pH試紙上
②由于用pH試紙需多次測定較繁瑣，且所測數值不夠精確．在老師指導下，乙組同學取了20g氫氧化鈉溶液進行了數字化實驗，由計算機描繪出了整個實驗過程中溶液pH的變化圖象（圖2）．
請回答：圖2中a點表示的含義是恰好完全反應；b點溶液中含有的陽離子有H⁺和Na⁺（填離子符號）；③乙組同學要計算出本組這瓶氫氧化鈉溶液中溶質的質量分數除了用到已有數據外，你認為還需要補充的數據是稀鹽酸的密度．
（3）丙組同學在滴加稀鹽酸一段時間后，發現溶液中有少量氣泡產生．
①這一“異常現象”激起了他們的探究欲望，通過實驗證明：該組用的這瓶氫氧化鈉溶液已經部分變質．請用化學方程式表示其變質的原因CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；若要除去溶液中變質生成的雜質，可加入適量Ca（OH）₂或Ba（OH）₂溶液（填化學式）后，再過濾．
②丙組同學繼續實驗探究變質溶液中碳酸鈉的質量分數，取該溶液樣品100g滴入稍過量的氯化鋇溶液50g充分反應，得到的數據如圖3，求變質溶液中碳酸鈉的質量分數
（計算結果小數點后保留一位）．（寫出計算過程）

Answer 1

分析 （1）①根據酚酞遇堿性溶液變紅，可以用來檢驗酸堿是否發生中和反應；
②根據玻璃棒的作用分析回答；
③根據氫氧化鈉與鹽酸的反應，由鹽酸溶質的質量求出氫氧化鈉的質量，再求出氫氧化鈉溶液中溶質的質量分數；
（2）①根據pH試紙使用方法分析判斷；
②根據溶液pH的變化圖象的意義，分析a的含義、b點溶液中的陽離子；由鹽酸的體積和密度可求出鹽酸的質量．
（3）①根據氫氧化鈉與二氧化碳的反應寫出氫氧化鈉變質的方程式，根據碳酸鈉的性質分析設計除去碳酸鈉的實驗方案；②根據生成碳酸鋇的質量計算碳酸鈉的質量，進一步求變質溶液中碳酸鈉的質量分數．

解答 解：（1）①酚酞遇堿性溶液變紅，酚酞溶液的作用是：判斷反應是否恰好完成；
②在中和反應過程中，邊滴加稀鹽酸，邊要用玻璃棒不斷攪拌的目的是：使反應物充分接觸，完全反應；
③鹽酸中溶質的質量為：7.3%×10g=0.73g
設氫氧化鈉的質量為x
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40   36.5
x    0.73g
$\frac{40}{x}=\frac{36.5}{0.73g}$
解得：x=0.8g
甲組這瓶氫氧化鈉溶液中溶質的質量分數為：$\frac{0.8g}{20g}$×100%=4%；
（2）①A．將pH試紙剪成幾段節約使用，方法正確；
B．將pH試紙直接插入待測液中，會污染試劑，方法錯誤；
C．將pH試紙潤濕后，測得堿液的pH偏小，方法錯誤；
D．將pH試紙放在干凈的白瓷板上，用玻璃棒蘸取待測液滴在pH試紙上，方法正確；
②由溶液pH的變化圖象可知，在a點時，溶液的pH等于7，說明了氫氧化鈉和鹽酸恰好中和；在b點時，溶液呈酸性，氫氧化鈉全部與鹽酸反應生成了氯化鈉，溶液中還有剩余的鹽酸．所以溶液中的陽離子是：Na⁺、H⁺；要求氫氧化鈉溶液的質量質量分數，須知鹽酸的質量，由題中的條件可知，還需要的數據是稀鹽酸的密度．
（3）①氫氧化鈉變質的原因是氫氧化鈉與空氣中的二氧化碳反應，反應的方程式是：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．由于碳酸鈉能與氫氧化鈣反應生成了氫氧化鈉和碳酸鈣，既除去了雜質碳酸鈉，又沒有引入新的雜質．所以，要除去溶液中變質生成的雜質，實驗方案是：加適量澄清石灰水，過濾．
②設碳酸鈉的質量為y
BaCl₂+Na₂CO₃═BaCO₃↓+2NaCl
       106    197
       x      5.91g
$\frac{106}{x}=\frac{197}{5.91g}$
x=3.18g
變質溶液中碳酸鈉的質量分數為$\frac{3.18g}{100g}$×100%═3.2%．
故答案為：（1）指示劑幫助判斷反應的發生； 加快反應速度；  4%；
（2）AD；   恰好完全反應；  H⁺和Na⁺；  稀鹽酸的密度
（3）①CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O；  Ca（OH）₂或Ba（OH）₂；
②3.2%．

點評 本題是考查中和反應過程中溶液pH的變化情況的，我們要知道向酸中加堿和向堿中加酸時，溶液pH的變化趨向．明確不同指示劑的變色范圍．