Question

【题目】梅老师带领的化学兴趣小组在学习资料卡片“石笋和钟乳石的形成”时，发现难溶于水的CaCO3当遇到溶有CO2的水时，会发生反应：CaCO3+CO2+H2O= Ca(HCO3)2，反应生成的Ca(HCO3)2溶解性较大。联想到实验室检验CO2时，将气体通入澄清石灰水中能生成CaCO3。若长时间往澄清石灰水中通入CO2会产生什么样的现象呢？如果长时间向碱溶液中通入二氧化碳又会如何反应？小章和小丽决定用小烧杯盛装一定量的氢氧化钠溶液并不断通入二氧化碳气体进行探究。

【提出问题】

氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后，溶液中会有什么溶质？

【查阅资料】

(1)通入少量的二氧化碳时，NaOH与CO2能反应的化学方程式_____________。

(2)通入过量的二氧化碳时，反应的化学方程式为Na2CO3+CO2+H2O= 2NaHCO3

(3)碳酸氢盐都能溶于水

(4)Na2CO3、NaHCO3的溶液呈碱性、BaCl2呈中性

【提出猜想】

(1)溶质有NaOH、Na2CO3； (2)溶质为Na2CO3；

(3)溶质是___________________(填化学式)； (4)溶质全部是NaHCO3

【设计实验方案】

实验步骤	实验现象	实验结论
①用试管取少量小烧杯中反应后的溶液，滴加几滴________试液(填酸碱指示剂)	溶液变红色	该溶液显碱性
②将小烧杯中反应后剩下的溶液进行称量，然后滴加过量的BaCl2溶液	有_________生成	猜想(4)不成立
③取步骤②静置后的上层清液， 滴入稀盐酸	有气泡冒出	猜想(1)和(2)不成立

【得出结论】猜想(3)成立

【讨论交流】

(1)小王同学提出实验步骤①是多余的。你认为该实验设计_______________(填“需要”或“不需要”)，理由______________________。

(2)将实验步骤②剩下混合物进行过滤、洗涤、干燥、称量。发现所得沉淀质量等于步骤②中所称量的溶液质量的十分之一，试计算氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后，溶液中Na2CO3的质量分数为__________________。(写出计算过程，最后结果保留小数点后两位)

(3)验证二氧化碳性质时，如果长时间向澄清石灰水中通入二氧化碳会看到什么样的现象呢？请你描述一下：_____________________。

【知识拓展】

梅老师引导同学们再次研读教材，发现遇热或压强变小时，Ca(HCO3)2又能反应生成CaCO3，并告诉同学们，干粉灭火器中用NaHCO3灭火的原理与之类似，请写出该反应方程式_______，在生活中，NaHCO3还有许多用处，请说出一种____________。

Answer 1

【答案】 2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O Na2CO3、NaHCO3 酚酞 白色沉淀 不需要 NaOH、Na2CO3和NaHCO3都呈碱性 5.38% 刚开始产生沉淀，继续通入二氧化碳，沉淀逐渐消失 2NaHCO3Na2CO3＋CO2↑+H2O 发酵粉 、 治疗胃酸过多等

【解析】探究向盛装一定量的氢氧化钠溶液的烧杯中不断通入二氧化碳气体后溶液的成分。【提出问题】氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后，溶液中会有什么溶质？【查阅资料】(1)通入少量的二氧化碳时，NaOH与CO2能反应的化学方程式是2NaOH＋CO2＝Na2CO3＋H2O。(2)通入过量的二氧化碳时，反应的化学方程式为Na2CO3+CO2+H2O= 2NaHCO3。(3)碳酸氢盐都能溶于水(4)Na2CO3、NaHCO3的溶液呈碱性、BaCl2呈中性。【提出猜想】(1)溶质有NaOH、Na2CO3；(2)溶质为Na2CO3；(3)溶质是Na2CO3、NaHCO3； (4)溶质全部是NaHCO3。【设计实验方案】

实验步骤	实验现象	实验结论
①用试管取少量小烧杯中反应后的溶液，滴加几滴酚酞 试液(填酸碱指示剂)	溶液变红色，酚酞试液遇碱变红。	该溶液显碱性
②将小烧杯中反应后剩下的溶液进行称量，然后滴加过量的BaCl2溶液	有白色沉淀生成，碳酸钠溶液与BaCl2溶液反应生成碳酸钡白色沉淀和氯化钠。	猜想(4)不成立
③取步骤②静置后的上层清液， 滴入稀盐酸	有气泡冒出，碳酸钠与盐酸反应生成二氧化碳。	猜想(1)和(2)不成立

【得出结论】猜想(3)成立。【讨论交流】(1)实验步骤①是多余的。该实验设计不需要，理由是NaOH、Na2CO3和NaHCO3 溶液都呈碱性。(2)将实验步骤②剩下混合物进行过滤、洗涤、干燥、称量。发现所得沉淀质量等于步骤②中所称量的溶液质量的十分之一，氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后，溶液中Na2CO3的质量分数为∶

解∶设溶液中碳酸钠质量为y,实验步骤②剩下混合物进行过滤所得沉淀质量为xg,则步骤②中所称量的溶液质量为10xg

Na2CO3＋BaCl2＝BaCO3↓＋2NaCl

106 197

yg x

＝ ,y＝0.538x。

溶液中Na2CO3的质量分数为∶×100％＝53.8％。

(3)验证二氧化碳性质时，如果长时间向澄清石灰水中通入二氧化碳会看到刚开始产生沉淀，继续通入二氧化碳，沉淀逐渐消失，CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O，CaCO3+CO2+H2O= Ca(HCO3)2。【知识拓展】遇热或压强变小时，Ca(HCO3)2又能反应生成CaCO3，干粉灭火器中用NaHCO3灭火的原理与之类似，该反应方程式是2NaHCO3 Na2CO3＋CO2↑+H2O在生活中，NaHCO3还有许多用处，NaHCO溶液呈弱碱性，与酸反应生成二氧化碳，发酵粉、治疗胃酸过多等。