Question

3．天然堿的組成可以用aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O（a、b、c為整數）表示．現有2種不同的天然堿樣品，分別進行如下實驗以確定其化學式．
（1）將質量為4.71g的樣品A溶于水，逐滴滴加一定濃度的稀鹽酸，產生氣體的質量與加入鹽酸的質量有下表所示關系：

鹽酸質量/g	20	40	60	80
氣體質量/g	0	0.44	1.32	1.98

[已知在鹽酸不足時會發生反應：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl+H₂O]
（1）求鹽酸的質量分數為及樣品A的化學式
（2）將質量為62.0g的樣品B平均分成兩份，一份在300℃下充分灼燒（Na₂CO₃不分解），固體質量減
輕9.8g；另一份溶于水后加入足量的Ba（OH）₂溶液，得到白色沉淀59.1g．試求樣品B的化學式（2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑）

Answer 1

分析 （1）根據完全反應時生成的二氧化碳的質量求算 對應的化學式；
（2）根據兩個反應計算對應的碳酸鈉和碳酸氫鈉的質量和碳元素的質量，進而求算其化學式．

解答 解：
（1）加入鹽酸從40到60g時二氧化碳增加為1.32g-0.44g=0.88g，而加入鹽酸從60到80g時二氧化碳增加為1.98g-1.32g=0.66g，說明此時已經鹽已經完全反應，而HCl可能有剩余．
由于4.71g鹽對應了1.98g二氧化碳
則有aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O+（2a+b）HCl═（2a+b）NaCl+（a+b+c）H₂O+（a+b）CO₂↑
    106a+84b+18c                                                                                          44×（a+b）
      4.71g                                                                                                        1.98g
$\frac{106a+84b+18c}{44×（a+b）}$=$\frac{4.71g}{1.98g}$
整理可得6a+81c=93b，由于a、b、c為整數，所以最小的一組解為a=2，b=1，c=1．
即化學式為2Na₂CO₃•NaHCO₃•H₂O．
根據鹽酸不足時會發生反應：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl+H₂O和對應的數據可知，第一個20g鹽酸，是碳酸鈉和鹽酸反應，第二個20g前10g是和碳酸鈉和鹽酸反應，后10g是碳酸氫鈉和鹽酸反應生成了0.44g二氧化碳，所以才有40g到60g時的生成0.88g二氧化碳．
所以根據20鹽酸和碳酸氫鈉反應生成0.88g二氧化碳求算HCl的質量，進而求算其質量分數．
設20g鹽酸中HCl的質量為x
HCl+NaHCO₃=NaCl+CO₂↑+H₂O
36.5                         44
x                            0.88g
$\frac{36.5}{44}$=$\frac{x}{0.88g}$
x=0.73g
鹽酸的質量分數為$\frac{0.73g}{20g}$×100%=3.65%
（2）得到白色沉淀59.1g，即31.0g天然堿B對應的碳酸鋇的質量為59.1g，所含碳元素的質量為59.1g×$\frac{12}{137+12+16×3}$×100%=3.6g．
而31.0g天然堿300℃下充分灼燒（Na₂CO₃不分解），固體質量減輕9.8g．
aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（a+$\frac{b}{2}$）Na₂CO₃+$\frac{b+2C}{2}$H₂O+$\frac{b}{2}$CO₂↑
 106a+84b+18c                           （a+$\frac{b}{2}$）×106                    
31.0g                                            31.0g-9.8g=21.2g
$\frac{106a+84b+18c}{（a+\frac{b}{2}）×106}$=$\frac{31.0g}{21.2g}$
同時天然堿中碳元素的質量為31.0g×$\frac{12a+12c}{106a+84b+18c}$×100%=3.6g．
結合a、b、c為整數，a=1，b=2，c=2．
即天然堿B的化學式為Na₂CO₃•2NaHCO₃•2H₂O
答：（1）鹽酸的質量分數為3.65%及樣品A的化學式為2Na₂CO₃•NaHCO₃•H₂O；
（2）樣品B的化學式為Na₂CO₃•2NaHCO₃•2H₂O．

點評 根據化學方程式計算時，第一要正確書寫化學方程式，第二要使用正確的數據，第三計算過程要完整．