Question

今有氢氧化钠、碳酸氢钠和与其他物质都不反应，受热也不分解的杂质组成的固体混合物17.110g，放入密闭容器中加热至250℃，经充分反应后，将容器中的气体通入过量的澄清石灰水中得到白色沉淀2.500g；当容器中的残留固体冷却到室温后，全部溶于水制成50.00ml溶液，从中取出10.00ml，恰好可与含HCl 1.825g的盐酸溶液25.00毫升中和至中性，求原混合物中含杂质的质量分数?

Answer 1

2.98%

解析试题分析：氢氧化钠、碳酸氢钠放入密闭容器中加热至250℃，氢氧化钠与碳酸氢钠反应生成碳酸钠和水，过量的碳酸氢钠分解生成碳酸钠、水和二氧化碳；生成的二氧化碳与能澄清石灰水生成碳酸钙沉淀，因此，利用沉淀碳酸钙的质量可计算放出气体二氧化碳的质量，再由二氧化碳的质量可计算出分解的碳酸氢钠的质量及生成的碳酸钠的质量；根据溶液的均一性，从50mL溶液取出10mL溶液时，溶液中溶质质量也为原溶质质量的五分之一；碳酸钠溶液呈碱性，与盐酸完全反应生成氯化钠和水，溶液呈中性；利用反应消耗盐酸的质量计算出加热后残留固体中碳酸钠的质量，用其质量减去碳酸氢分解产生的碳酸钠，所得碳酸钠质量即为氢氧化钠与碳酸氢钠反应所生成碳酸钠质量，由此计算混合物中氢氧化钠与碳酸氢钠的质量；最后使用混合物的质量减去氢氧化钠和碳酸氢钠的质量即可求得混合物中杂质质量，杂质质量与混合物质量比求出混合物中所含杂质的质量分数。
由题意可知NaHCO₃过量，NaOH与CO₂反应和NaOH与NaHCO₃直接反应所生成的Na₂CO₃总质量是不变的，取NaHCO₃计算更简便，有关反应如下：   
NaOH+NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O            ①
2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑十H₂O↑        ②
CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O             ③
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑         ④
（1）设反应②分解的NaHCO₃质量为x，分解产生的Na₂CO₃质量为y，由②③有：
2NaHCO₃～Na₂CO₃～CaCO₃
168      106     100
x        y     2.500g
x== 4.200g      y== 2.650g
（2）残留物全部中和至中性需HCl的质量为：×50.00毫升 = 9.125g
设残留物中Na₂CO₃的总质量为z，由④有：  
Na₂CO₃～2HCl
106     73
z      9.125g
=            z=13.250g
反应④产生的Na₂CO₃质量为    13.250g—2.650g＝10.600g
10.600克Na₂CO₃是原混合物中的NaOH(设质量为a)和除发生分解反应之外的NaHCO₃(设质量为b)恰好反应生成的，它们的质量关系是：
NaOH～NaHCO₃～Na₂CO₃
40     84        106
a      b       10.600g
a＝4.00g， b＝8.400g
杂质的质量分数为×100% ≈ 2.98% 
答：略
考点：根据化学反应方程式的计算；酸的化学性质；碳酸钠、碳酸氢钠与碳酸钙；质量守恒定律及其应用