Question

2．某化學興趣小組用100mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收了a mol CO₂后得到溶液A（液體體積無變化）．為了確定溶液A的溶質成分及a值，該興趣小組的同學進行了如下實驗．請幫助他們完成下列相應實驗內容．
[提出假設]
假設Ⅰ：溶液A的溶質為NaOH、Na₂CO₃；
假設Ⅱ：溶液A的溶質為Na₂CO₃；
假設Ⅲ：溶液A的溶質為Na₂CO₃、NaHCO₃；
假設Ⅳ：溶液A的溶質為NaHCO₃．
[實驗過程]
（1）甲同學取少量溶液A于試管，再向試管中滴加幾滴酚酞溶液，溶液A變紅，由此得出假設I成立．
（2）乙同學分析后認為甲同學的實驗結論有誤．請用離子方程式說明乙同學的判斷依據CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^- 或HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；他進一步提出，應先取少量溶液，向其中加入足量的BaCl₂溶液，來檢驗溶液A是否含Na₂CO₃，結果加入檢驗溶液后觀察到溶液A變渾濁．
（3）丙同學為了檢驗溶液A是否還含其它溶質，他將乙同學所得渾濁溶液進行過濾，并把濾液分為兩份，向其中的一份加入稀硫酸，有無色氣體生成，則假設Ⅲ正確．
（4）為準確測定a值，丁同學取了10mL 溶液A在錐形瓶中，用滴定管向其中加入某濃度的稀硫酸，記錄加入硫酸的體積與生成氣體的情況，并繪制成如圖：則a=$\frac{1}{15}$mol，所加硫酸的物質的量濃度為$\frac{1}{3}$．

Answer 1

分析 用100mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收了a mol CO₂后得到溶液A（液體體積無變化），二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉，溶液中為氫氧化鈉和碳酸鈉，二氧化碳恰好和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉，二氧化碳過濾得到溶液中溶質為碳酸鈉和碳酸氫鈉，二氧化碳足量反應生成碳酸氫鈉；
（2）甲同學取少量溶液A于試管，再向試管中滴加幾滴酚酞溶液，溶液A變紅，溶液呈堿性，可能的原因是假設Ⅰ，假設Ⅱ，假設Ⅲ，假設Ⅳ．碳酸鈉溶液中碳酸根離子、碳酸氫根離子水解溶液顯堿性，他進一步提出，應先取少量溶液，向其中加入足量的氯化鋇溶液，觀察到溶液A變渾濁是為了檢驗溶液A中含有碳酸鈉；
（3）乙同學所得渾濁溶液進行過濾，并把濾液分為兩份，向其中的一份加入稀硫酸，有無色氣體生成，是碳酸氫鈉溶液和鹽酸反應生成二氧化碳氣體，則含有碳酸鈉和碳酸氫鈉；
（4）圖象分析可知開始無其消耗硫酸5ml，生成二氧化碳氣體消耗硫酸為10ml，發生反應為：2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O證明含有溶質為等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，依據化學方程式定量關系計算得到．

解答 解：用100mL 1mol/L NaOH溶液完全吸收了a mol CO₂后得到溶液A（液體體積無變化），二氧化碳和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉，溶液中為氫氧化鈉和碳酸鈉，二氧化碳恰好和氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉，二氧化碳過濾得到溶液中溶質為碳酸鈉和碳酸氫鈉，二氧化碳足量反應生成碳酸氫鈉；假設Ⅰ：溶液A的溶質為NaOH、Na₂CO₃；假設Ⅱ：溶液A的溶質為Na₂CO₃；假設Ⅲ：溶液A的溶質為Na₂CO₃、NaHCO₃；假設Ⅳ：溶液A的溶質為NaHCO₃；
故答案為：NaHCO₃；
（2）甲同學取少量溶液A于試管，再向試管中滴加幾滴酚酞溶液，溶液A變紅，溶液呈堿性，可能的原因是假設Ⅰ，假設Ⅱ，假設Ⅲ，假設Ⅳ，碳酸鈉溶液中碳酸根離子、碳酸氫根離子水解溶液顯堿性，用離子方程式說明乙同學的判斷依據為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^- 或HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-：他進一步提出，應先取少量溶液，向其中加入足量的氯化鋇溶液，觀察到溶液A變渾濁是為了檢驗溶液A中含有碳酸鈉，
故答案為：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^- 或HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；BaCl₂；Na₂CO₃；
（3）乙同學所得渾濁溶液進行過濾，并把濾液分為兩份，向其中的一份加入稀硫酸，有無色氣體生成，是碳酸氫鈉溶液和鹽酸反應生成二氧化碳氣體，則含有碳酸鈉和碳酸氫鈉，假設Ⅲ正確；
故答案為：Ⅲ；
（4）圖象分析可知開始無其消耗硫酸5ml，生成二氧化碳氣體消耗硫酸為10ml，證明含有溶質為等物質的量的碳酸鈉和碳酸氫鈉，依據化學方程式定量關系計算得到，設硫酸濃度為：cmol/L，發生反應為：2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O；
依據元素守恒列式計算：100mL 1mol/L NaOH溶液n（NaOH）=0.1mol，取10ml溶液中含有氫氧化鈉物質的量為0.01mol，硫酸濃度為c，
得到0.015L×c×2=0.01mol
c=$\frac{1}{3}$mol/L，分析圖象可知NaHCO₃消耗硫酸10ml，
2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O
2                 1
n （ 0.015L-0.005L）×$\frac{1}{3}$
n=$\frac{0.02}{3}$mol
100ml溶液中依據碳守恒得到二氧化碳物質的量a=$\frac{0.02}{3}$mol×10=$\frac{1}{15}$mol；
故答案為：$\frac{1}{15}$mol；$\frac{1}{3}$mol/L．

點評 本題考查了物質組成的實驗探究方法和物質性質的理解應用，掌握基礎是關鍵，主要是碳酸鈉滴入氯水的反應過程分析判斷，題目難度中等．