Question

含钠元素、钙元素的化合物是初中化学的重要研究对象之一．
（一）某学习小组的同学在学习了Na₂CO₃、NaHCO₃的性质后，了解到它们都能与盐酸反应产生CO₂气体，那么如何鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃呢？带着这样的疑问，他们进行了下列探究：
【查阅资料】（1）Ca（HCO₃）₂可溶于水；
（2）NaHCO₃固体受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水．
【猜想】（1）甲同学认为可用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同学认为可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
甲、乙两同学的猜想是依据澄清石灰水、CaCl₂溶液分别与Na₂CO₃溶液反应均有沉淀产生；又知道Ca（HCO₃）₂可溶于水，因此猜测澄清石灰水、CaCl₂溶液分别与NaHCO₃溶液混合不会产生沉淀，从而鉴别出两种溶液．
（3）丙同学认为固体Na₂CO₃、NaHCO₃可用加热的方法鉴别．
【实验探究】（1）甲同学在两支分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，各加入澄清石灰水，观察到两支试管中的现象相同，均产生了白色沉淀，实验结果与猜想不一致，即不能用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同学将CaCl₂溶液加入到分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，发现两支试管中也都产生了白色沉淀，实验结果出乎意料，但根据观察到的其他实验现象，他认为仍可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（3）丙同学分别取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固体于大试管中加热（如图1）：
①加热Na₂CO₃时，开始即见小试管中有少量气泡产生，继续加热，气泡逐渐减少，未见澄清石灰水变浑浊，
②加热NaHCO₃时，丙同学观察到实验现象与①不同，证实了自己的猜想是合理的．
【问题讨论】（1）小组同学对上述实验展开了讨论，对甲同学的两个实验进行了比较，并从物质在溶液中解离出不同离子的微观角度分析了原因（如图2、图3）．请写出Na₂CO₃与澄清石灰水发生反应的化学方程式

 

；写出NaHCO₃与澄清石灰水混合时参与反应的离子：

 

．

（2）乙同学的两个实验中，大家对CaCl₂与Na₂CO₃溶液的反应比较熟悉，而对CaCl₂与NaHCO₃溶液混合产生的现象难以理解，同学们又进一步查阅了资料，了解到CaCl₂与NaHCO₃溶液可发生如下反应：CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，因而同学们知道了乙同学是通过观察到

 

现象来鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液的．至于CaCl₂与NaHCO₃溶液为什么能发生上述反应，老师指出其反应原理较复杂，有待于今后学习中进一步探究．
（3）丙同学在加热Na₂CO₃固体时，开始产生少量气泡的原因是

 

；根据你分析：Na₂CO₃受热

 

分解（填“易”或“不易”）．在加热NaHCO₃固体时，丙同学观察到的实验现象是

 

（任写一种）．
【拓展应用】（1）固体Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通过

 

方法除去．
（2）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，可加入适量的

 

溶液．
（二）实验室里同学们正在进行探究实验．用A、B、C、D四支试管各取室温下等体积的氢氧化钙饱和溶液，再向A试管中滴加碳酸钠溶液、B试管中滴加氯化铜溶液、C试管中滴加氯化铵溶液、D试管中滴加氯化钠溶液，振荡．
【提出问题】：他们在探究的问题是氢氧化钙能否与

 

（选填“酸”、“碱”、“盐”）发生反应？
【表达与交流】：①阳阳同学根据在D试管中没有看到明显现象，判断D试管中无化学反应发生．你认为此判断的依据是否合理

 

 （填“合理”或“不合理”），并解释其原因是

 

；
②为科学处理实验过程中产生的废液，同学们对B试管中反应后过滤得到的无色滤液，继续进行探究．阳阳同学猜想滤液中只含有一种溶质，娇娇同学猜想滤液中含有两种溶质．为验证哪位同学的猜想是正确的，同学们选用两种不同类别的物质进行以下两个实验．请填写下列实验报告：

实验内容	实验现象	实验结论
方案一：取少量滤液加入试   管中，向其中		娇娇同学的猜想是正确的． 滤液中含有的两种溶质是
方案二：取少量滤液加入试管中，向其中

【反思与评价】：通过上述实验，同学们认为实验过程中产生的废液必须处理后再排放．请你对B试管中滤液的处理提出可行的建议

 

（三）现有CaCO₃ 和KHCO₃的混合物，甲、乙两同学分别称取一定质量的该混合物来判定其中两种成分的质量比．
①甲同学称取2.00g混合物，向其中加入过量的盐酸，生成气体的质量为ag，则a=

 

．该同学能否由气体质量计算出混合物中两成分的质量比？

 

（填“能”或“不能”）
②已知KHCO₃ 和NaHCO₃一样加热易分解，K₂CO₃的分解温度远高于1000℃．乙同学称取Wg混合物充分加热，所得CO₂气体质量（m） 随温度（T）变化的曲线如图所示，则m（CaCO₃）：m（KHCO₃）═

 

（用含b、c的代数式表示）

Answer 1

分析：（一）[问题讨论]（1）通过分析图中有关反应物混合前后离子的变化，可以写出反应方程式和参与反应的离子．
（2）根据所给信息CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，可知该反应既有白色沉淀又有气体产生，而碳酸钠和
CaCl₂溶液反应只有沉淀生成．
[拓展应用]（1）因为碳酸氢钠不稳定，可用加热进行除杂．
（2）可以采用转化法将碳酸氢钠转化为碳酸钠．
（二）利用与氢氧化钙反应的物质的组成判断其分类；有些化学反应没有明显的现象，不能因为没有现象就判定没发生化学反应；氢氧化钙溶液与氯化铜溶液反应生成了氢氧化铜沉淀和氯化钙，反应后的溶液是无色的，溶液中溶质一定有氯化钙，一定没有氯化铜，可能有氢氧化钙，通过加入氯化铁和加入酚酞试液的方法来进行确定．
（三）（1）因为CaCO₃、KHCO₃相对原子质量均为100，里面碳酸根的比例相等，利用这一知识和突破口解决．
（2）根据碳酸氢钾和碳酸钙分解的温度判断生成二氧化碳的质量，然后计算质量比．

解答：解：（一）[问题讨论]
（1）由图2可知Na₂CO₃和Ca（OH）₂混合后有新物质CaCO₃生成及自由钠离子和氢氧根，所以方程式为：Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；；
由图3可知NaHCO₃与澄清石灰水混合，反应前的离子有Na⁺、OH^-、HCO^-₃、Ca²⁺，反应后有新物质CaCO₃、H₂O、Na⁺、CO3^2-，对比前后可知参加反应的离子有OH^-、HCO^-₃、Ca²⁺
（2）CaCl₂与Na₂CO₃溶液的发生复分解反应，方程式为Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl；CaCl₂与NaHCO₃溶液混合，根据所给信息CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，可知该反应既有白色沉淀又有气体产生，而碳酸钠和CaCl₂溶液反应只有沉淀生成，所以乙同学是根据有无气泡产生将二者区别开的．
（3）碳酸氢钠受热易分解，2NaHCO₃

加热  .

Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，生成的CO₂气体通入澄清石灰水中发生反应，
CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O 生成碳酸钙沉淀变浑浊．
[拓展应用]
（1）可以利用NaHCO₃的不稳定性，采用加热方法将其转换为碳酸钠．（2）加入适量的NaOH溶液，将其转换为Na₂CO₃，方程式为 NaHCO₃+NaOH=Na₂CO₃+H₂O
故答案为：
[问题讨论]
（1）Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH； OH^-、HCO^-₃、Ca²⁺
（2）有无气泡产生．
（3）空气受热膨胀，不易，澄清石灰水变浑浊（或小试管中有大量气泡产生或大试管管口有水珠等）．
[拓展应用]
（1）加热
（2）NaOH
（二）【提出问题】：碳酸钠、氯化铜、氯化铵、氯化钠都属于盐类物质；
【表达与交流】：①A试管中产生白色沉淀；C试管中发生反应的化学方程式是：2NH₄Cl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2NH₃↑+2H₂O；有些化学反应没有明显的现象，不能因为没有现象就判定没发生化学反应；
②氢氧化钙溶液与氯化铜溶液反应生成了氢氧化铜沉淀和氯化钙，反应后的溶液是无色的，溶液中溶质一定有氯化钙，一定没有氯化铜，可能有氢氧化钙，通过通入二氧化碳和加入酚酞试液的方法来进行确定．
【反思与评价】：B试管中的废液显碱性，不能直接排放，必须将碱性物质调节至中性再排放．
故答案为：【提出问题】：盐；
【表达与交流】：①不合理；有些化学反应无明显现象
    ②

实验内容	实验现象	实验结论
滴加无色酚酞溶液	无色酚酞溶液便红色	氢氧化钙和氯化钙
滴加氯化铁溶液	生成红褐色沉淀
或通入二氧化碳气体	产生白色沉淀

【反思与评价】：将碱性物质调节至中性（答案合理即可）
（三）①碳酸钙和碳酸氢钾的相对分子质量都是100，含碳酸根的质量相同，故2g混合物可看做是一种物质如碳酸钙的质量，设2g碳酸钙和盐酸反应生成二氧化碳的质量为x
CaCO₃～CO₂
100    44
2g     x

100

44

=

2g

x

    x=0.88g
由于2g碳酸钙和碳酸氢钾不管以何种质量比混合时生成的二氧化碳都是0.88g，故不能由气体质量计算出混合物中两成分的质量比；
（2）根据碳酸氢钾易分解，碳酸钙需要高温分解的性质，从图象中可看出b的质量是碳酸氢钾分解生成二氧化碳的质量，碳酸钙分解生成二氧化碳的质量就为（c-b）g，碳酸钙和碳酸氢钾的质量比就是生成二氧化碳的质量比，故m（CaCO₃）：m（KHCO₃）═（c-b）：b．
（2）．①0.88  不能　②（c-b）：b

点评：本题信息量、阅读量很大，首先必须要认真理解题意，通读题目后，再结合课本已有知识进行解题．