Question

4．實(shí)驗(yàn)室有一瓶長(zhǎng)期暴露在空氣中的氫氧化鈉固體樣品，觀察發(fā)現(xiàn)，樣品表面有白色粉末．某興趣小組的同學(xué)對(duì)該樣品的成分及含量進(jìn)行了探究．
【提出問題1】該樣品中含有那些物質(zhì)？
【提出猜想】通過分析，提出如下猜想：
猜想Ⅰ：全部是NaOH      猜想Ⅱ：已完全變質(zhì)，該樣品中只含Na₂CO₃；
猜想Ⅲ：部分變質(zhì)，該樣品中含有NaOH和Na₂CO₃．
【查閱資料】CO₂在飽和碳酸氫鈉溶液中幾乎不溶解．
【實(shí)驗(yàn)探究1】為確定該樣品的成分，小明設(shè)計(jì)了如表實(shí)驗(yàn)方案，請(qǐng)你一起完成下列實(shí)驗(yàn)報(bào)告．

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1）取少量樣品溶于水，加入過量的CaCl2溶液	白色沉淀產(chǎn)生	該反應(yīng)的化學(xué)方程式：CaCl2+Na2CO3=2NaCl+CaCO3 氫氧化鈉已經(jīng)變質(zhì)
2）將上述反應(yīng)后的混合物過濾，取濾液加入酚酞溶液	變紅	證明猜想Ⅲ正確

回答下列問題（1）實(shí)驗(yàn)室中，氫氧化鈉固體應(yīng)怎樣保存？密封保存
（2）用酚酞試液不能（填“能”或“不能”）檢驗(yàn)氫氧化鈉變質(zhì)．
（3）若取少量的固體溶于水，滴加幾滴稀鹽酸，沒有氣泡產(chǎn)生．不能（填“能”或“不能”）證明氫氧化鈉固體沒有變質(zhì)．
【提出問題2】如何測(cè)量該部分變質(zhì)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)？
【實(shí)驗(yàn)探究2】小紅同學(xué)設(shè)計(jì)如圖所示裝置（鐵架臺(tái)略去），實(shí)驗(yàn)在20℃，101kPa下進(jìn)行，步驟如下：
①按圖連接好裝置；
②檢查裝置氣密性
③用托盤天平準(zhǔn)確稱取該樣品2g，放入A中試管內(nèi)，向B中集氣瓶中倒入飽和碳酸氫鈉溶液至瓶頸處；
④向分液漏斗中加入稀硫酸，打開活塞，讓稀硫酸滴入試管中至過量，關(guān)閉活塞．反應(yīng)結(jié)束后，量筒中收集到飽和碳酸氫鈉溶液224mL．
請(qǐng)回答下列問題：
（1）B中集氣瓶盛放的飽和碳酸氫鈉溶液不能用水代替，其理由避免CO₂溶解在水中有損耗，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低．
（2）試管中原有的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有明顯影響理由是因?yàn)樵嚬苤性�有空氣的體積與反應(yīng)后試管中沒有排盡的二氧化碳的體積幾乎等同．
（3）變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為53%（20℃，101kPa下，22.4L二氧化碳的質(zhì)量為44g）
【拓展提高】已知Na₂CO₃溶液與稀硫酸反應(yīng)先生成NaHCO₃，當(dāng)Na₂CO₃全部轉(zhuǎn)化為NaHCO₃后，生成的NaHCO₃能繼續(xù)與稀硫酸反應(yīng)生成CO₂．現(xiàn)向樣品中加一定量的稀硫酸，反應(yīng)后產(chǎn)生無色氣體并得到X溶液．請(qǐng)分析推斷反應(yīng)后所得X溶液的溶質(zhì)，其所有的可能組成Na₂SO₄和NaHCO₃、Na₂SO₄、Na₂SO₄H₂SO₄．

Answer 1

分析 【提出問題1】
【提出猜想】部分變質(zhì)，該樣品中既有氫氧化鈉也有碳酸鈉；氫氧化鈉變質(zhì)是與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水；
【實(shí)驗(yàn)探究】根據(jù)碳酸鈉溶液與氯化鈣溶液反應(yīng)生成了碳酸鈣和氯化鈉，其中碳酸鈣為固體，而氯化鈉為中性溶液，所以為了確認(rèn)氫氧化鈉是否存在，應(yīng)該加入過量的氯化鈣溶液，然后再取上層清液，加入酚酞溶液進(jìn)行判斷即可．根據(jù)碳酸鈉和氫氧化鈉都顯堿性，都能和稀鹽酸反應(yīng)回答．
【提出問題2】
（1）二氧化碳會(huì)溶于水；
（2）根據(jù)試管中原有空氣體積與后留下的二氧化碳的體積相等回答；
（3）根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量求算出碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而求出變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
【拓展提高】根據(jù)加入稀硫酸的量可以確定反應(yīng)后所得X溶液中的溶質(zhì)．

解答 解：【提出問題1】
【提出猜想】部分變質(zhì)，該樣品中既有氫氧化鈉也有碳酸鈉；氫氧化鈉變質(zhì)是與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉和水，反應(yīng)方程式為：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；
【實(shí)驗(yàn)探究】氯化鈣溶液和碳酸鈉反應(yīng)生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，所以若觀察到產(chǎn)生了白色沉淀，則說明在該固體中含有碳酸鈉，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：Na₂CO₃+CaCl₂═CaCO₃↓+2NaCl；
碳酸鈉被完全反應(yīng)后，若溶液能夠使酚酞溶液變紅，則說明溶液呈堿性，從而可以判斷該溶液中含有氫氧化鈉，則猜想Ⅲ成立；若酚酞試液沒有變紅，說明不含有氫氧化鈉，則猜想Ⅲ成立；所以實(shí)驗(yàn)室中氫氧化鈉固體應(yīng)密封保存；由于碳酸鈉和氫氧化鈉都顯堿性，故不能用酚酞試液檢驗(yàn)；
若取少量的固體溶于水，滴加幾滴稀鹽酸，沒有氣泡產(chǎn)生，不能斷定氫氧化鈉固體沒有變質(zhì)，因?yàn)辂}酸很少先和氫氧化鈉反應(yīng)，只有滴加過量稀鹽酸時(shí)，才能判斷有沒有變質(zhì)生成的碳酸鈉．
【提出問題2】
（1）反應(yīng)過程中要生成二氧化碳，而二氧化碳會(huì)和水反應(yīng)或是溶于水，所以如果用水會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差；
（2）試管中原有的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒有明顯影響理由是因?yàn)樵嚬苤性�有空氣的體積與反應(yīng)后試管中沒有排盡的二氧化碳的體積幾乎等同；
（3）224mL二氧化碳的質(zhì)量是0.44g，
設(shè)變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量為x
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑    
106                   44  
x                    0.44g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{0.44g}$
x=1.06g  
所以變質(zhì)氫氧化鈉樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{1.06g}{2g}$×100%=53%．   
【拓展提高】向樣品中加一定量的稀硫酸，反應(yīng)后產(chǎn)生無色氣體，說明稀硫酸和氫氧化鈉完全反應(yīng)后，剩余的稀硫酸和碳酸鈉完全反應(yīng)后仍然有剩余，不然就不會(huì)生成二氧化碳了．
當(dāng)稀硫酸過量時(shí)，X中的溶質(zhì)是硫酸鈉和硫酸；
當(dāng)硫酸適量時(shí)，和氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉，和碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸氫鈉，稀硫酸再和碳酸氫鈉反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳，X中的溶質(zhì)是硫酸鈉；
當(dāng)稀硫酸不足時(shí)，和氫氧化鈉反應(yīng)生成硫酸鈉，和碳酸鈉反應(yīng)生成硫酸鈉和碳酸氫鈉，再和部分碳酸氫鈉反應(yīng)生成硫酸鈉、水和二氧化碳，X中的溶質(zhì)是硫酸鈉和碳酸氫鈉．
故答案為：
【提出問題1】
①NaOH和Na₂CO₃
②過量的CaCl₂溶液
③CaCl₂+Na₂CO₃=2NaCl+CaCO₃ 
④酚酞溶液；⑤變紅；⑥密封保存；
⑦不能；⑧不能 
【提出問題2】
（1）避免CO₂溶解在水中有損耗，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低；
（2）因?yàn)樵嚬苤性�有空氣的體積與反應(yīng)后試管中沒有排盡的二氧化碳的體積幾乎等同
（3）53%  
【拓展提高】Na₂SO₄，Na₂SO₄  H₂SO₄

點(diǎn)評(píng) 本題考查了氫氧化鈉變質(zhì)的檢驗(yàn)、變質(zhì)程度的測(cè)定及除雜的問題，綜合性較強(qiáng)，難度較大，特別是語(yǔ)言的表達(dá)；解這類題目時(shí)，選擇試劑很重要，要注意在檢驗(yàn)和除雜的不同，在除去雜質(zhì)的同時(shí)，原物質(zhì)不能減少，但可以增多，且反應(yīng)后不能生成新的雜質(zhì)．