Question

14．小鵬與小明做完酸、堿、鹽相關性質實驗后，很感興趣地把稀硫酸、氫氧化鈉溶液和碳酸鈉溶液混合一起，看到有大量氣泡生成．他們對反應后溶液中溶質的成分很好奇，請你與他們一起進行探究．
【提出問題】反應后溶液中溶質的成分是什么？
【猜想假設】猜想①Na₂SO₄、Na₂CO₃； 猜想②Na₂SO₄、H₂SO₄； 猜想③Na₂SO₄；
猜想④Na₂SO₄、H₂SO₄、Na₂CO₃；猜想⑤Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaOH．
上述猜想中，你認為不合理的是猜想④（填序號）．
【資料查詢】Na₂SO₄溶液呈中性．
【實驗探究】（1）小鵬取少量該溶液于試管中，向其中滴加無色酚酞，發(fā)現溶液顏色無變化，據此，他認為猜想③是正確的．你認為他的結論是不合理（填“正確”或“不正確”）的，理由是Na₂SO₄、H₂SO₄也不能使無色酚酞變色．
（2）小明向盛有少量氧化銅粉末的試管中加入適量該溶液，振蕩，溶液變藍．該反應的化學方程式是CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O．
【實驗結論】根據上述實驗探究，你認為猜想②（填序號）是正確的．
【總結與反思】工廠與實驗室的酸性廢水必須處理至中性再排放，這樣做的意義是減少水的污染．（答一點即可）
【定量研究】取27g純堿樣品（由Na₂CO₃和NaCl組成），平均分成五份．將它們依次加入到盛有100g稀鹽酸的錐形瓶中（錐形瓶的質量為60g）（如圖），每次充分反應后都進行稱量，得到的實驗數據如表：

	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次
加入純堿樣品的質量/g	5.4	5.4	5.4	5.4	5.4
電子天平的示數/g	163.2	166.4	169.6	175	180.4

計算：
（1）第一次加入純堿樣品充分反應后，生成二氧化碳的質量．
（2）純堿樣品中碳酸鈉的質量分數．（計算結果精確到0.1%）
（3）所用稀鹽酸的質量分數．

Answer 1

分析 【猜想假設】根據碳酸鈉和硫酸能反應，不能共存解答；
【實驗探究】（1）根據硫酸鈉溶液和硫酸溶液，不能使無色酚酞變色解答；
（2）根據稀硫酸的溶液顯酸性，能和氧化銅反應，溶液變藍，說明溶液中有硫酸并寫出化學方程式；
【實驗結論】根據碳酸鈉的溶液顯堿性，稀硫酸的溶液顯酸性，滴加無色酚酞，發(fā)現溶液顏色無變化，排除①②，向盛有少量氧化銅粉末的試管中加入適量該溶液，振蕩，溶液變藍，排除⑤；
【拓展應用】根據酸與堿發(fā)生中和反應解答；
（1）根據質量守恒定律，由反應前后燒杯及所盛物質總質量的差，計算生成二氧化碳的質量；
（2）根據完全反應后所放出二氧化碳的質量，計算樣品中碳酸鈉的質量，由碳酸鈉質量與樣品質量比計算樣品中碳酸鈉質量分數進行解答；
（3）根據完全反應后所放出二氧化碳的質量，計算所用稀鹽酸的質量即可進行解答．

解答 解：【猜想假設】稀硫酸、氫氧化鈉溶液和碳酸鈉溶液混合一起反應時，如果稀硫酸滴加過快，稀硫酸和碳酸鈉反應，開始也會產生氣泡，有二氧化碳生成，有可能沒把氫氧化鈉消耗完，稀硫酸已經沒有了，故①合理；碳酸鈉和硫酸能反應，不能共存，故④不合理；
【實驗探究】（1）取少量該溶液于試管中，向其中滴加無色酚酞，發(fā)現溶液顏色無變化，說明溶液中無碳酸鈉和氫氧化鈉，故②③都符合，因此小鵬的結論是不合理，理由是②Na₂SO₄、H₂SO₄也不能使無色酚酞變色；
（2）向盛有少量氧化銅粉末的試管中加入適量該溶液，振蕩，溶液變藍．說明溶液中有硫酸，化學方程式為：CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
【實驗結論】碳酸鈉的溶液顯堿性，稀硫酸的溶液顯酸性，滴加無色酚酞，發(fā)現溶液顏色無變化，排除①⑤；向盛有少量氧化銅粉末的試管中加入適量該溶液，振蕩，溶液變藍，說明了溶液中含有硫酸，排除③．所以猜想②是正確的；
【拓展應用】實驗室的酸性廢水必須處理至中性再排放可以減少水的污染；
（1）根據質量守恒定律，第一次加入純堿樣品充分反應后，生成二氧化碳的質量=100g+60g+5.4g-163.2g=2.2g；
（2）第三次加入純堿樣品充分反應后與100g鹽酸恰好完全反應，共生成二氧化碳的質量為：5.4g×3+100g+60g-169.6g=6.6g
設前三次樣品中含有碳酸鈉的質量為x，所用稀鹽酸中溶質的質量為y．
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑
106     73             44
x       y              6.6g
$\frac{106}{x}=\frac{73}{y}=\frac{44}{6.6g}$
x=15.9g
y=10.95g
純堿樣品中碳酸鈉的質量分數=$\frac{15.9g}{5.4g×3}$×100%≈98.1%；
（3）所用稀鹽酸的質量分數=$\frac{10.95g}{100g}$×100%=10.95%．
故答案為：【猜想假設】④；
【實驗探究】（1）不合理，②Na₂SO₄、H₂SO₄也不能使無色酚酞變色；
（2）CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
【實驗結論】②；
【拓展應用】減少水的污染；
（1）第一次加入純堿樣品充分反應后，生成二氧化碳的質量是2.2g；
（2）純堿樣品中碳酸鈉的質量分數約為98.1%；
（3）所用稀鹽酸的質量分數是10.95%．

點評 本題主要考查化學實驗方案的設計與評價，根據物質的性質和物質間的反應規(guī)律，學會運用猜想與事實驗證的方法和技巧處理實驗問題和利用化學方程式進行計算的能力．