Question

2．Na₂CO₃俗稱純堿、蘇打，NaHCO₃俗稱小蘇打，兩者在日常生活和工業生產中都有著廣泛的應用．某化學興趣小組設計了如下實驗來探究兩者的某些性質．請你根據所學知識幫他們完成有關的設計和實驗．
（1）甲同學測定兩者的酸堿性：各取一定量的固體溶于水，配成相同濃度的溶液，測定其pH值，測定結果為Na₂CO₃、NaHCO₃的pH分別為a和b（a、b均大于7）．
Ⅰ．測定溶液的pH值所用的主要儀器有：pH試紙、表面皿、玻璃棒和標準比色卡．
Ⅱ．有關①100mL0.1mol•L^-1NaHCO₃、②100mL0.1mol•L^-1Na₂CO₃兩種溶液的敘述不正確的是C
A．溶液中水電離出的OH^-個數：②＞①B．溶液中陰離子的物質的量濃度之和：②＞①
C．①溶液中：c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）        D．②溶液中：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）
（2）常溫下，現有pH均為11的標簽模糊的NaOH和Na₂CO₃溶液，則NaOH溶液中由水電離出來的OH^-濃度為Na₂CO₃溶液中水電離出來OH^-濃度的10^-8倍．
丙同學設計如下實驗予以區別：各取1mL兩種溶液加水稀釋至1L，分別測定其pH．請問丙同學是如何判斷哪瓶溶液為Na₂CO₃溶液？pH值較大的是Na₂CO₃；
丁同學各取1mL兩種溶液，分別滴加少量AlCl₃溶液觀察有無沉淀或氣體進行鑒別，則溶液滴加后同時產生沉淀和氣體的反應離子方程式為3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=3CO₂↑+2Al（OH）₃↓．
（3）戊同學往10mL0.10mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中逐滴滴加0.10mol•L^-1的HCl，當溶液中的：c（Na⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），此時溶液呈中性（填“酸性”、“中性”或“堿性”），所用HCl的體積大于10mL．（填“大于”“等于”或“小于”）
（4）已知：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9，不考慮其它因素影響，現將0.40mol•L^-1的Na₂CO₃溶液和0.20mol•L^-1的CaCl₂溶液等體積混合，則混合后溶液中Ca²⁺濃度為4.96×10^-8mol•L^-1．

Answer 1

分析 （1）Ⅰ．測定pH時，用玻璃棒蘸取待測溶液，滴在試紙上，然后再與標準比色卡對照，據此確定實驗儀器；
Ⅱ．碳酸鈉和碳酸氫鈉促進水的電離，水解程度大，則水的電離程度大；Na₂CO₃溶液中CO₃^2-的水解大于碳酸氫鈉中HCO₃^-的水解，據此進行判斷；
（2）計算pH均為11的NaOH和Na₂CO₃溶液中由水電離出來的OH^-濃度為Na₂CO₃溶液中水電離出來OH^-濃度，得出結論，碳酸鈉中碳酸根離子的水解程度大于碳酸氫鈉中的碳酸氫根離子的水解成程度，碳酸鈉的pH較大；碳酸根離子可以和鋁離子之間發生雙水解反應；
（3）根據溶液中的電荷守恒來計算；等量的碳酸鈉和鹽酸反應得到碳酸氫鈉，碳酸氫鈉顯示堿性；
（4）根據碳酸鈉和氯化鈣反應后生成碳酸鈣沉淀，碳酸根離子有剩余，根據沉淀的溶度積Ksp=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-）計算鈣離子濃度．

解答 解：（1）Ⅰ．pH時，將pH試紙放在表面皿上，用玻璃棒蘸取待測溶液，滴在試紙上，然后再與標準比色卡對照，用到的儀器是：pH試紙、表面皿、玻璃棒和標準比色卡，故答案為：玻璃棒；
Ⅱ．A、碳酸鈉和碳酸氫鈉促進水的電離，碳酸根離子水解程度大，則碳酸鈉中水的電離程度大，即溶液中水電離出的OH^-個數：②＞①，故A正確；
B、Na₂CO₃溶液中CO₃^2-的水解大于乙中HCO₃^-的水解，則碳酸鈉中陰離子濃度之和大，即溶液中陰離子的物質的量濃度之和：②＞①，故B正確；
C、Na₂CO₃溶液中CO₃^2-的水解大于碳酸氫鈉中HCO₃^-的水解，所以碳酸根離子減小的濃度大于碳酸的生成濃度，即溶液中：c（CO₃^2-）＜c（H₂CO₃），故C錯誤；
D、Na₂CO₃溶液中CO₃^2-的水解大于碳酸氫鈉中HCO₃^-的水解，碳酸根離子水解得到碳酸氫根離子，碳酸氫根離子水解得到碳酸，所以溶液中：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃），故D正確；
故選C；
（2）pH均為11的NaOH和Na₂CO₃溶液，則NaOH溶液對水的電離起抑制作用，其中由水電離出來的OH^-濃度為10^-11mol/L，Na₂CO₃溶液中，碳酸鈉中的碳酸根離子水解，對水的電離起促進作用，水電離出來OH^-濃度10^-3mol/L，水電離出來OH^-濃度之比是10^-8，各取1mL兩種溶液加水稀釋至1L，碳酸鈉中碳酸根離子的水解程度大于碳酸氫鈉中的碳酸氫根離子的水解成程度，所以碳酸鈉的pH較大，即可以分別測定其pH，pH大的即為碳酸鈉，碳酸根離子可以和鋁離子之間發生雙水解反應，即3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=3CO₂↑+2Al（OH）₃↓，即有沉淀、氣體生成的是碳酸鈉，
故答案為：10^-8；pH值較大的是Na₂CO₃；3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=3CO₂↑+2Al（OH）₃↓；
（3）往10mL 0.10mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中逐滴滴加0.10mol•L^-1的HCl，存在電荷守恒：c（Na⁺）+c（H⁺）=c（OH^-）+c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），當溶液中的：c（Na⁺）=c（Cl^-）+c（HCO₃^-）+2c（CO₃^2-），即c（H⁺）=c（OH^-），顯示中性，等量的碳酸鈉和鹽酸反應得到碳酸氫鈉，碳酸氫鈉顯示堿性，讓溶液為中性，需要鹽酸過量，體積大于10mL，故答案為：中性；大于；
（4）碳酸鈉和氯化鈣反應后生成碳酸鈣沉淀，碳酸根離子有剩余，剩余的物質的量濃度是：$\frac{0.4V-0.2V}{2V}$=0.1mol/L，碳酸鈣存在沉淀溶解平衡，根據此時Ksp=c（Ca²⁺）•c（CO₃^2-），則c（Ca²⁺）=$\frac{Ksp}{c（CO{\;}_{3}{\;}^{2-}）}$=4.96×10^-8 （mol/L），故答案為：4.96×10^-8．

點評 本題是一道綜合實驗方案的設計題，考查學生鹽的水解原理的應用以及沉淀溶解平衡的計算，綜合性強，難度大．