Question

3．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），則a大于b（填“大于”“等于”或“小于”），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．
（2）有關①100mL0.1mol•L^-1NaHCO₃、②100mL0.1mol•L^-1Na₂CO₃兩種溶液的敘述不正確是BC
A．NaHCO₃溶液中：c （H⁺）+c （Na⁺）=c （HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-）
B．Na₂CO₃溶液中：2c （Na⁺）=c （HCO₃^-）+c（CO₃^2-）+c（H₂CO₃）
C．①溶液中：c（CO₃^2-）＞c（H₂CO₃）
D．②溶液中：c（HCO₃^-）＞c（H₂CO₃）
（3）乙同學取一定量的碳酸鈉溶液于試管中，滴加2～3滴酚酞試液，發現溶液變紅，繼續滴加BaCl₂溶液，預計可觀察到紅色褪去，產生白色沉淀，請你結合必要的離子方程式，應用平衡的觀點解釋有關現象的產生：由于Ba²⁺+CO₃^2-=BaCO₃↓，使得溶液中CO₃^2-濃度減少，水解平衡CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-向左移動，OH^-濃度減少，紅色褪去．
（4）丙同學往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”）
（5）已知：Ksp（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）Na₂CO₃溶液中CO₃^2-的水解大于碳酸氫鈉中HCO₃^-的水解；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；
（2）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，結合電荷守恒、物料守恒解答該題；
（3）Na₂CO₃為強堿弱酸鹽，水解呈堿性，在溶液中存在CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，水解過程為吸熱過程，結合溫度、濃度對水解平衡移動的影響解答該題；
（4）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；
（5）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）Na₂CO₃溶液中CO₃^2-的水解大于乙中HCO₃^-的水解，碳酸鈉溶液的pH較大，測定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：大于；玻璃棒；
（2）A．NaHCO₃溶液中存在電荷守恒，為c （H⁺）+c （Na⁺）=c （HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+c（OH^-），故A正確；
B．Na₂CO₃溶液中存在物料守恒，為c （Na⁺）=2c （HCO₃^-）+2c（CO₃^2-）+2c（H₂CO₃），故B錯誤；
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；
故答案為：BC；
（3）Na₂CO₃為強堿弱酸鹽，水解呈堿性，在溶液中存在CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，滴加2～3滴酚酞試液，發現溶液變紅，若在該溶液中滴加過量的BaCl₂溶液，當加入BaCl₂后，Ba²⁺+CO₃^2-═BaCO₃↓，由于c（CO₃^2-）減小，水解平衡左移，c（OH^-）也隨之減小，酚酞的紅色慢慢消失，
故答案為：紅色褪去，產生白色沉淀；由于Ba²⁺+CO₃^2-=BaCO₃↓，使得溶液中CO₃^2-濃度減少，水解平衡CO₃^2-+H₂O=HCO₃^-+OH^-向左移動，OH^-濃度減少，紅色褪去；
（4）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；
（5）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⁺）=$\frac{Ksp}{c（C{{O}_{3}}^{2-}）}$=4.96×10^-8 （mol/L），
故答案為：4.96×10^-8．

點評 本題考查物質性質實驗方案設計，為高頻考點，綜合性較強，涉及pH的測定、鹽類水解以及難溶電解質的溶解平衡等知識點，明確反應原理、基本操作方法、物質性質即可解答，題目難度中等．