Question

【題目】某化學(xué)興趣小組的同學(xué)們利用學(xué)校開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室提供的稀鹽酸、氯化鈉溶液和酚酞溶液進(jìn)行了如下圖所示的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，成功探究出了久置氫氧化鈉固體的變質(zhì)情況。

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)研究：

（1）圖中甲溶液最好選擇_____。（填“稀鹽酸”或“CaCl2溶液”）。（資料： CaCl2溶液顯中性）

（2）若圖中步驟II和步驟III出現(xiàn)：_____現(xiàn)象時(shí)，則說(shuō)明氫氧化鈉固體部分變質(zhì)。

（3）若圖中步驟II和步驟III出現(xiàn)：_____現(xiàn)象時(shí)，則說(shuō)明氫氧化鈉固體完全變質(zhì)。

（4）寫(xiě)出步驟II中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式： _____。

但在反思的過(guò)程中，同學(xué)們對(duì)為何選用氫氧化鈉溶液及其用量的控制對(duì)檢驗(yàn)變質(zhì)程度的影響仍然比較困惑，在老師的指導(dǎo)下，興趣小組的同學(xué)們分別利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)解決他們的疑惑。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)研究：1. 實(shí)驗(yàn)儀器和藥品：儀器：數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、泵動(dòng)式二氧化碳傳感器、電腦、磁力攪拌器、酸式滴定管、鐵架臺(tái)、彈簧夾。

藥品：NaOH部分變質(zhì)的溶液樣品、碳酸鈉溶液（模擬氫氧化鈉完全變質(zhì)后的溶液）、稀鹽酸、CaCl2溶液。

2.分組實(shí)驗(yàn)

第一組實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示，用酸式滴定管逐滴滴加稀鹽酸和泵動(dòng)循環(huán)二氧化碳傳感器探究氫氧化鈉溶液的變質(zhì)情況，形成的“時(shí)間-CO2”曲線圖（如圖3、圖4）。

（5）比較分析圖3和圖4：兩圖中的a點(diǎn)之前都尚未加入稀鹽酸，反應(yīng)尚未開(kāi)始，曲線沒(méi)有發(fā)生變化。圖3中，a點(diǎn)和b點(diǎn)之間平穩(wěn)略有輕微上升，b點(diǎn)之后曲線開(kāi)始明顯上升。說(shuō)明a點(diǎn)到b點(diǎn)之間滴入的稀鹽酸主要與_____反應(yīng)，體現(xiàn)_____優(yōu)先原理；說(shuō)明a點(diǎn)到b點(diǎn)略有輕微上升的原因：_____。圖4中a點(diǎn)開(kāi)始滴加稀鹽酸，幾乎立即產(chǎn)生二氧化碳，說(shuō)明氫氧化鈉_____（“部分”或“完全”）變質(zhì)。

第一組同學(xué)的反思：在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，沒(méi)有使用酸式滴定管逐滴滴加稀鹽酸，且沒(méi)有靈敏數(shù)字傳感器的實(shí)驗(yàn)條件下，選用稀鹽酸只能檢驗(yàn)氫氧化鈉是否變質(zhì)，很難判斷氫氧化鈉的變質(zhì)成都。

第二組實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。用酸式滴定管逐滴滴加CaCl2溶液和PH傳感器探究氫氧化鈉溶液的變質(zhì)情況，形成的“時(shí)間-pH”曲線圖（如圖5、圖6）

（6）同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)二中都加入課過(guò)量的CaCl2溶液，比較分析圖5和圖6：圖5中pH曲線的起止值，說(shuō)明結(jié)束后，溶液是_____性，氫氧化鈉_____（“部分”或“完全”）變質(zhì)。圖6中，溶液pH曲線逐漸下降至a點(diǎn)后pH=7，繼續(xù)滴加CaCl2溶液pH不變，說(shuō)明原因：_____。

第二組同學(xué)的反思：在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的步驟II中需要加入過(guò)量CaCl2溶液的目的是_____。

實(shí)驗(yàn)反思：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和現(xiàn)代數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是相輔相成的，可以互為補(bǔ)充。化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要靠這兩條腿協(xié)調(diào)走路。

Answer 1

【答案】CaCl2溶液 步驟II中有白色沉淀生成且步驟III 中酚酞溶液變紅 II 中有白色沉淀生成且III 中酚酞溶液不變紅 NaOH 中和反應(yīng)（或酸堿反應(yīng)） 有（極）少的Na2CO3與稀鹽酸反應(yīng)生成（極）少量的CO2氣體而略有上升 完全 堿 部分 NaOH完全變質(zhì)成Na2CO3，Na2CO3被CaCl2 完全反應(yīng)后，溶液呈中性 檢驗(yàn)并全部除去Na2CO3，避免在步驟III 中對(duì)NaOH的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾。（其他答案合理均可）

【解析】

（1）氫氧化鈉與空氣中的二氧化碳反應(yīng)，變質(zhì)生成碳酸鈉，由后面流程可知需要用無(wú)色酚酞檢驗(yàn)是否有氫氧化鈉來(lái)判斷變質(zhì)的程度，而加入稀鹽酸會(huì)消耗氫氧化鈉，氯化鈣不與氫氧化鈉反應(yīng)，為了不影響后續(xù)檢測(cè)，故只能選擇氯化鈣溶液；

（2）要證明氫氧化鈉部分變質(zhì)則有溶液A中既有氫氧化鈉也有碳酸鈉，當(dāng)加入過(guò)量氯化鈣與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣的白色沉淀，將全部的碳酸鈉反應(yīng)，此時(shí)再加無(wú)色酚酞溶液，溶液變紅則證明有氫氧化鈉，為部分變質(zhì)，故填：步驟II中有白色沉淀生成且步驟III 中酚酞溶液變紅；

（3）要證明氫氧化鈉完全變質(zhì)則有溶液A中只有碳酸鈉，當(dāng)加入過(guò)量氯化鈣與碳酸鈉反應(yīng)生成碳酸鈣的白色沉淀，將全部的碳酸鈉反應(yīng)，溶液中只有氯化鈉，顯中性，此時(shí)再加無(wú)色酚酞溶液，溶液不變色，則證明無(wú)氫氧化鈉，為完全變質(zhì)，故填：II 中有白色沉淀生成且III 中酚酞溶液不變紅；

（4）加入氯化鈣與碳酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：；

（5）第一組實(shí)驗(yàn)是向溶液中加入稀鹽酸溶液，測(cè)生成二氧化碳來(lái)判定氫氧化鈉固體的變質(zhì)程度，圖3最開(kāi)始加入稀鹽酸沒(méi)有二氧化碳生成，隨著酸的加入量增多才有二氧化碳生成，說(shuō)明溶液中有碳酸鈉存在，但開(kāi)始加入稀鹽酸沒(méi)有與碳酸鈉反應(yīng)，故只有與氫氧化鈉反應(yīng)，氫氧化鈉屬于堿，故可得出當(dāng)溶液同時(shí)存在堿和鹽都與酸的氫離子反應(yīng)時(shí)，酸優(yōu)先與堿反應(yīng)，即中和反應(yīng)優(yōu)先原則；

但a到b有輕微上升說(shuō)明有少量的二氧化碳生成，則為少量的碳酸鈉與稀鹽酸發(fā)生了反應(yīng)；由前面分析圖4，剛加入稀鹽酸就有二氧化碳生成，說(shuō)明稀鹽酸沒(méi)有被氫氧化鈉消耗，故全部為碳酸鈉，氫氧化鈉固體為全部變質(zhì)。

（6）由圖5可知，反應(yīng)后pH> 7，故溶液為堿性，，根據(jù)反應(yīng)和圖像結(jié)合可知為部分變質(zhì)，溶液中有顯堿性的氫氧化鈉；氯化鈣顯中性，NaOH完全變質(zhì)成Na2CO3， Na2CO3被 CaCl2 完全反應(yīng)后，溶液呈中性，故繼續(xù)滴加氯化鈣pH值不變；碳酸鈉溶液顯堿性，要檢驗(yàn)是否有氫氧化鈉必須除去碳酸鈉，避免在步驟III 中對(duì)NaOH的檢驗(yàn)產(chǎn)生干擾。