Question

16．某小組探究Na₂CO₃和NaHCO₃的性質，實驗步驟及記錄如下：
Ⅰ．分別向盛有0.5g Na₂CO₃固體、0.5gNaHCO₃固體的燒杯中加入10mL水（20℃），攪拌，測量溫度為T₁；
Ⅱ．靜置恒溫后測量溫度為T₂；
Ⅲ．分別加入10mL 密度約為1.1g/mL 20%的鹽酸（20℃），攪拌，測量溫度T₃．
得到下表的數據：

溫度 試劑	T1/℃	T2/℃	T3/℃
NaCO3	23.3	20.0	23.7
NaHCO3	18.5	20.0	20.8

回答下列問題：
（1）NaHCO₃溶于水顯堿性，其原因是HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（用離子方程式表示）．
（2）根據試題后的附表判斷：步驟Ⅰ中Na₂CO₃、NaHCO₃固體能否全部溶解是（填“是”或“否”）．
（3）分析表1的數據得出：Na₂CO₃固體溶于水放熱，NaHCO₃固體溶于水吸熱（填“放熱”或“吸熱”）．
（4）甲同學分析上述數據得出：Na₂CO₃和NaHCO₃與鹽酸反應都是放熱反應．
乙同學認為應該增加一個實驗，并補做如下實驗：向 盛 有10mL水（20℃）的燒杯中加入10mL密度約為1.1g/mL20%的鹽酸（20℃），攪拌，測量溫度為22.2℃．
（5）結合上述探究，下列說法正確的是AC．
A．NaHCO₃與鹽酸的反應是吸熱反應
B．不能用稀鹽酸鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃固體
C．Na₂CO₃、NaHCO₃固體與稀鹽酸反應的能量變化還與物質的溶解等因素有關
（6）丙同學為測定一份NaHCO₃和Na₂CO₃混合固體中NaHCO₃的純度，設計了如下實驗方案，其中不能測定Na₂CO₃和NaHCO₃混合物中Na₂CO₃質量分數的是（　　）
A．取a克混合物充分加熱，減重b克
B．取a克混合物與足量稀鹽酸充分反應，加熱、蒸干、灼燒，得b克固體
C．取a克混合物與足量稀硫酸充分反應，逸出氣體用堿石灰吸收，增重b克
D．取a克混合物與足量Ba（OH）₂溶液充分反應，過濾、洗滌、烘干，得b克固體．
若按A方案進行實驗，則原混合物中NaHCO₃的質量分數為$\frac{84b}{31a}$×100%（用含a、b的代數式表示）附表：溶解度表

溫度 溶解度	10℃	20℃	30℃	40℃
NaCO3	12.5g	21.5g	39.7g	40.0g
NaHCO3	8.1g	9.6g	11.1g	12.7g

Answer 1

分析 （1）碳酸氫鈉溶液中，碳酸氫根離子部分水解，溶液呈堿性；
（2）10mL水的質量約為10g，結合表中20℃時碳酸鈉、碳酸氫鈉的溶解度進行判斷；
（3）根據碳酸鈉、碳酸氫鈉溶解后表中溫度T₁與室溫大小進行判斷；
（4）10mL 20%的鹽酸（20℃）溶于水是放熱還是吸熱，影響碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的能量變化；
（5）A．相同濃度和體積的鹽酸溶于水后溫度為22.2℃，而NaHCO₃與鹽酸的反應后溫度變為20.8℃，反應后溫度降低說明碳酸氫鈉與鹽酸的反應是吸熱反應；
B．碳酸鈉、碳酸氫鈉分別與相同濃度的鹽酸反應的現象不同，可以用鹽酸鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉；
C．根據實驗可知，Na₂CO₃、NaHCO₃固體與稀鹽酸反應的能量變化還與物質的溶解等因素有關；
（6）A．此方案利用碳酸氫鈉的不穩定性，利用差量法即可計算質量分數；
B．根據鈉守恒，可列方程組求解；
C．應先把水蒸氣排除才合理；
D．根據質量關系，可列方程組求解；
碳酸鈉性質穩定，加熱不分解，碳酸氫鈉熱穩定性較差，加熱分解導致固體質量減少，根據固體質量變化利用差量法可以計算出混合物中碳酸氫鈉的質量，再計算出碳酸氫鈉的質量及質量分數即可．

解答 解：（1）碳酸氫鈉溶液中，碳酸氫根離子部分水解：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，導致溶液呈堿性，
故答案為：堿；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
（2）20℃時碳酸鈉的溶解度為21.5g，碳酸氫鈉的溶解度為9.6g，則分別向盛有0.5g Na₂CO₃固體、0.5gNaHCO₃固體的燒杯中加入10mL水（20℃），10mL水的質量約為10g，在該溫度下最多能夠溶解2.15g碳酸鈉、0.96g碳酸鈉，所以碳酸鈉和碳酸氫鈉都能夠完全溶解，
故答案為：是；
（3）根據表中數據可知，碳酸鈉溶解后溶液溫度升高，說明碳酸鈉溶于水放熱；碳酸氫鈉溶解后溶液溫度降低，說明碳酸氫鈉溶于水吸熱，
故答案為：放熱；吸熱；
（4）10mL 密度約為1.1g/mL 20%的鹽酸（20℃）溶于水的反應熱會影響碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應的能量變化，所以需要補充實驗：向盛有10mL水（20℃）的燒杯中加入10mL  密度約為1.1 g/mL 20%的鹽酸（20℃），分析溫度變化，
故答案為：密度約為1.1 g/mL 20%的鹽酸（20℃）；
（5）A．同樣濃度的鹽酸溶于水后溫度為22.2℃，而NaHCO₃與鹽酸的反應后溫度變為 20.8℃，說明碳酸氫鈉與鹽酸的反應是吸熱反應，故A正確；
B．碳酸鈉與鹽酸先反應生成碳酸氫鈉，然后碳酸氫鈉再與鹽酸反應生成二氧化碳氣體，而碳酸氫鈉中加入鹽酸后立刻生成二氧化碳，可用稀鹽酸鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃固體，故B錯誤；
C．根據實驗可知，Na₂CO₃、NaHCO₃固體與稀鹽酸反應的能量變化還與物質的溶解等因素有關，不能直接根據反應溫度判斷，故C正確；
故答案為：AC；
（6）A．NaHCO₃受熱易分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳，所以通過加熱分解利用差量法即可計算出Na₂CO₃質量分數，故A錯誤；
B．Na₂CO₃和NaHCO₃均可與鹽酸反應生成水、二氧化碳和氯化鈉，所以bg固體是氯化鈉，利用守恒法可計算出Na₂CO₃質量分數，故B錯誤；
C．混合物與足量稀硫酸充分反應，也會生成水和二氧化，所以逸出的氣體是二氧化碳，但會混有水蒸氣，即堿石灰增加的質量不是二氧化碳的質量，不能測定含量，故C正確；
D．Na₂CO₃和NaHCO₃都與Ba（OH）₂反應，反應的方程式為CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓、HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=H₂O+BaCO₃↓，因此最后得到的固體是BaCO₃，所以可以計算出Na₂CO₃質量分數，故D錯誤；
加熱過程中碳酸鈉不變，碳酸氫鈉分解，反應的方程式為：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
反應前后固體質量變化為：bg，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑   減少的固體質量△m
  168      106                   62
  m（NaHCO₃）                     bg
則：m（NaHCO₃）=$\frac{168×bg}{62}$=$\frac{84}{31}$bg，
所以該樣品中碳酸氫鈉的質量分數為：$\frac{\frac{84}{31}bg}{ag}$×100%=$\frac{84b}{31a}$×100%，
故答案為：C； $\frac{84b}{31a}$×100%．

點評 該題以碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質比較為載體，側重于化學實驗方案的評價，題目難度中等，注意把握碳酸鈉、碳酸氫鈉的性質以及實驗方案的原理．