Question

2．Na₂CO₃與稀鹽酸反應在逐滴加入時可分兩步進行：
Na₂CO₃+HCl═NaHCO₃+NaCl      
NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑
已知在100mLNaOH與Na₂CO₃的混合液中Na⁺濃度為4.4mol•L^-1，加入120mL 2.0mol•L^-1的稀鹽酸，測得溶液中CO₃^2-和HCO₃^-的物質的量之比為2：1，計算：
（1）原混合液中NaOH和Na₂CO₃的物質的量濃度．
（2）若用甲基橙作指示劑，在滴定時尚需再加多少毫升鹽酸，才能使甲基橙變色？
（3）若反應完全時，溶液中H₂CO₃的濃度為0.04mol•L^-1且溶液體積假定不變，可得CO₂氣體多少升？（標況）（精確到0.1L，設溶液可近似加和）

Answer 1

分析 （1）反應后的溶液中存在碳酸根離子，則碳酸鈉與鹽酸反應沒有生成二氧化碳氣體，CO₃^2-和HCO₃^-的物質的量之和等于原溶液中碳酸鈉的物質的量；設出原溶液中碳酸鈉、碳酸氫鈉的物質的量分別為x、y，根據反應后的溶液中CO₃^2-和HCO₃^-的物質的量之比為2：1可知反應生成碳酸氫鈉的物質的量為$\frac{1}{3}$y，然后分別根據鈉離子守恒、消耗氯化氫的總物質的量列式計算，最后根據c=$\frac{n}{V}$計算出原溶液中氫氧化鈉、碳酸鈉的濃度；
（2）當完全反應得到NaCl溶液時甲基橙變色，根據鈉離子和氯離子物質的量相等列式計算；
（3）根據碳原子守恒，若反應完全時n（CO₂）=n（Na₂CO₃）-n（H₂CO₃），帶入V=n•V_m計算體積．

解答 解：（1）設原混合液中NaOH和Na₂CO₃的物質的量分別為x和y則：
NaOH+HCl═NaCl+H₂O
 x          x
Na₂CO₃+HCl═NaHCO₃+NaCl
 $\frac{y}{3}$          $\frac{y}{3}$       
     
$\left\{\begin{array}{l}{x+2y=4.4mol•{L}^{-1}×0.1L}\\{x+\frac{y}{3}=2.0mol•{L}^{-1}×0.12L}\end{array}\right.$
解得x=0.2mol，y=0.12mol，
c（NaOH）=$\frac{0.2mol}{0.1L}$=2mol/L，
c（Na₂CO₃）=$\frac{0.12mol}{0.1L}$=1.2mol/L，
答：原混合液中NaOH和Na₂CO₃的物質的量濃度分別為2mol/L、1.2mol/L；
（2）4.4 mol•L^-1×0.1L=2 mol•L^-1V（鹽酸）+0.120L×2 mol•L^-1，
解得V（鹽酸）=100mL，
答：若用甲基橙作指示劑，在滴定時尚需再加100ml升鹽酸，才能使甲基橙變色；
（3）根據碳原子守恒，若反應完全時n（CO₂）=n（Na₂CO₃）-n（H₂CO₃）=0.12mol-0.04 mol•L^-1×0.32L=0.107mol，
V（CO₂）=0.107mol×22.4L/mol=2.4L，
答：若反應完全時，溶液中H₂CO₃的濃度為0.04mol•L^-1且溶液體積假定不變，可得CO₂氣體2.4升．

點評 本題考查了混合物反應的有關計算，題目難度中等，明確反應的先后順序及反應產物為解答關鍵，注意質量守恒在化學計算中的應用方法，試題有利于培養學生的分析、理解能力及化學計算能力．