Question

16．100mL 1mol•L^-1燒堿溶液中通入一定量CO₂充分反應后，將溶液在低溫下蒸干得到白色固體X，X的組成可能有四種情況，
按出現的先后順序分別是Ⅰ．Na₂CO₃、NaOHⅡ．Na₂CO₃，Ⅲ．Na₂CO₃、NaHCO₃，Ⅳ．NaHCO₃ ．
①常溫下，將得到的固體X重新溶于水，在所得溶液中逐滴加入鹽酸，得到下面的變化圖，則X的成份為I（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ），鹽酸的濃度為0.33mol/L．
②若要驗證白色固體X是第Ⅰ種組成，依次加入的試劑為cb（填字母序號）．
a．鹽酸   b．MgCl₂溶液   c．BaCl₂溶液  d．Ba（OH）₂溶液
在驗證的過程中，一定需要進行的操作是c（填字母序號）．
a．萃取      b．洗滌         c．過濾         d．分餾
③若白色固體X為第Ⅲ種組成，下列實驗方案中不能測定其中NaHCO₃質量分數的是d（填字母序號）．
a．取m g X與足量Ba（OH）₂溶液充分反應，過濾，洗滌，烘干得n g固體
b．取m g X與足量鹽酸充分反應，加熱，蒸干，灼燒得n g固體
c．取m g X充分加熱，減重n g
d．取m g X與足量稀硫酸充分反應，逸出的氣體被足量堿石灰吸收，增重n g
④若白色固體X的質量為5.0g，則X的組成為Ⅰ（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ）．

Answer 1

分析 由于CO₂和NaOH反應時物質的量之比不同則產物不同，故可根據CO₂ 和NaKOH反應時物質的量之比對產物進行討論；
①固體X溶解于水在所得溶液中加入鹽酸使溶液pH=7得到的溶液為氯化鈉，依據鈉元素守恒計算質量；
②驗證白色固體X是第I種組成NaOH、Na₂CO₃，需要驗證碳酸根離子和氫氧根離子，由選項試劑可知利用氯化鋇溶液檢驗碳酸根離子，依據氫氧化鈉或酚酞試液檢驗氫氧根離子的存在；驗證過程中需要把沉淀過濾后再檢驗氫氧根離子；
③若白色固體X為第Ⅲ種組成，Na₂CO₃、NaHCO₃ ；
a．氫氧化鋇與碳酸氫鈉反應生成碳酸鋇沉淀，與碳酸鈉反應生成碳酸鋇沉淀，依據碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物質量為m，生成碳酸鋇沉淀質量為ng，依據碳元素守恒列式可以計算；
b．取mg X與足量鹽酸充分反應，加熱，蒸干，灼燒得n g固體為氯化鈉，依據鈉元素 守恒列式計算；
c．取m g X充分加熱，減重n g，發生的反應是碳酸氫鈉受熱分解，依據質量減少為水和二氧化碳質量結合化學方程式計算得到碳酸氫鈉質量；
d．稀硫酸與二者皆反應，且水有揮發，所以求算不出來；
④依據氫氧化鈉和二氧化碳的反應分析，二氧化碳和氫氧化鈉按照物質的量1：2反應生成碳酸鈉，按照1：1反應生成碳酸氫鈉，以此計算判斷

解答 解：由①CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、②CO₂+NaOH=NaHCO₃，可知n（CO₂）；n（NaOH）=1：2時產物為Na₂CO₃，n（CO₂）；n（NaOH）=1時產物為NaHCO₃，n（CO₂）；n（NaOH）＜1：2時，NaOH 過量，則產物為Na₂CO₃、NaOH； 1：2＜n（CO₂）：n（NaOH）＜1時，對于①反應來說二氧化碳過量而對于②反應來說二氧化碳量不足，所以產物為Na₂CO₃、NaHCO₃；n（CO₂）；n（NaOH）＞1時，二氧化碳過量，則固體產物為NaHCO₃．
向100mL 1mol•L^-1燒堿溶液中不斷通入一定量CO₂充分反應后，將溶液在低溫下蒸干得到白色固體X，X的組成可能有四種情況，按出現的先后順序分別是：NaOH、Na₂CO₃；Na₂CO₃；Na₂CO₃、NaHCO₃；NaHCO₃；
故答案為：Na₂CO₃、NaOH；NaHCO₃ ；
①常溫下，將得到的固體X重新溶于水，在所得溶液中逐滴加入鹽酸，開始階段沒出現氣體，最后消耗0.1mol鹽酸讓氣體的物質的量最大，溶液為氯化鈉溶液，根據各成分消耗鹽酸的情況，所以物質組成是等物質的量的Na₂CO₃、NaOH的混合物，100mL 1mol•L^-1燒堿溶液中通入一定量CO₂，得到等物質的量的Na₂CO₃、NaOH的混合物；
設：混合物中氫氧化鈉和碳酸鈉的物質的量均是x，則3x=0.1，解得x=0.033mol，所以中和氫氧化鈉消耗鹽酸的物質的量是0.33mol，NaOH濃度是$\frac{0.033}{0.1}$mol/L=0.33mol/L，故答案為：I，0.33mol/L；
②驗證白色固體X是第I種組成NaOH、Na₂CO₃，需要驗證碳酸根離子和氫氧根離子，由選項試劑可知利用氯化鋇溶液檢驗碳酸根離子，依據氫氧化鈉或酚酞試液檢驗氫氧根離子的存在；驗證過程中需要把沉淀過濾后再檢驗氫氧根離子；
a．鹽酸和碳酸鈉反應放出氣體，與氫氧化鈉反應物現象不能用來檢驗，故a不選；
b．MgCl₂ 溶液和氫氧化鈉反應生成氫氧化鎂白色沉淀，可以檢驗除去碳酸鈉后的溶液中的氫氧化鈉，故b選；
c．BaCl₂ 溶液和碳酸鈉反應生成白色沉淀，故c選；
d．Ba（OH）₂ 溶液和碳酸鈉反應生成白色沉淀，和氫氧化鈉不反應，故d不選；
故答案為：cb；c；
③若白色固體X為第Ⅲ種組成，即為Na₂CO₃、NaHCO₃ ；
a．氫氧化鋇與碳酸氫鈉反應生成碳酸鋇沉淀，與碳酸鈉反應生成碳酸鋇沉淀，依據碳酸鈉和碳酸氫鈉混合物質量為m，生成碳酸鋇沉淀質量為ng，依據碳元素守恒列式可以計算，故a不選；
b．取mg X與足量鹽酸充分反應，加熱，蒸干，灼燒得n g固體為氯化鈉，依據鈉元素 守恒列式計算，設碳酸鈉Xmol，碳酸氫鈉Ymol，（X+Y）（23+35.5）=n 106X+84Y=m 求解，故b不選；
c．取m g X充分加熱，減重n g，發生的反應是碳酸氫鈉受熱分解，依據質量減少為水和二氧化碳質量結合化學方程式計算得到碳酸氫鈉質量，設碳酸鈉Xmol，碳酸氫鈉Ymol，0.5Y（18+44）=n 106X+84Y=m，列式計算得到，故c不選；
d．取m g X與足量稀硫酸充分反應，逸出的氣體被足量堿石灰吸收，增重n g，稀硫酸與二者皆反應，且水有揮發，吸收的增重為二氧化碳和水蒸氣質量，所以求算不出碳酸氫鈉的質量分數，故d選；
故選d；
④100mL 1mol•L^-1燒堿溶液中含有氫氧化鈉物質的量為0.1mol，依據鈉元素守恒若全部生成Na₂CO₃，固體質量為0.1mol×$\frac{1}{2}$×106g/mol=5.3g，若生成碳酸氫鈉固體質量=0.1mol×84g/mol=8.4g，若白色固體X的質量為5.0g，說明固體為Na₂CO₃，NaOH的混合物，故答案為：Ⅰ．

點評 本題考查物質含量及性質實驗方案的設計，為高考常見題型和高頻考點，側重于學生的分析和實驗能力的考查，注意二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應利用極性法判斷生成的產物及守恒法計算是解題關鍵，題目難度不大．