Question

7．稀硫酸和碳酸钠都是无色溶液，若无其他试剂，可以采取互相滴定的方式加以区分．实验内容及记录如下：
①量取1.00mL甲溶液，向其中缓慢滴入乙溶液10.0mL，共收集到1.344mL气体．
②量取10.00mL乙溶液，向其中缓慢滴入甲溶液1.00mL，共收集到0.448mL气体．
回答下列问题：
（1）甲是H₂SO₄溶液，乙是Na₂CO₃溶液（填写化学式）；
（2）结合离子方程式说明判断的理由：根据反应H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，才能产生CO2气体，实验①产生的气体多于②，说明实验①反应后溶液里不存在HCO₃^-，H⁺完全转化为CO₂气体逸出；；
（3）甲溶液的物质的量浓度为0.06mol/L，乙溶液的物质的量浓度为0.01mol/L；
（4）向12.00mL乙溶液中缓慢滴入甲溶液，画出产生CO₂的体积随滴入甲溶液体积的变化关系图．

Answer 1

分析 稀硫酸和碳酸钠溶液正反滴加时反应原理和现象不一样，可以不用试剂鉴别，具体操作是：（Ⅰ）稀硫酸滴加到碳酸溶液里，依次发生的离子反应是：H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，现象是最初无气体，然后有气泡；（Ⅱ）将碳酸钠溶液滴加到稀硫酸中，因酸过量，开始就有气泡出现，发生的离子反应是2H⁺+CO₃^2-=H₂O+CO₂↑；如果硫酸足量这两情况生成的二氧化碳应该是一样多，现①量取1.00mL甲溶液，向其中缓慢滴入乙溶液10.0mL，共收集到1.344mL气体．②量取10.00mL乙溶液，向其中缓慢滴入甲溶液1.00mL，共收集到0.448mL气体，两种情况生成的二氧化碳不一样多，说明酸不足，碳酸钠过量，由此可知②是将稀硫酸滴入碳酸钠溶液里，生成的CO₂量较少，据此分析解题；
（1）因①②两种情况生成的二氧化碳不一样多，故硫酸的量不足量，碳酸钠过量，由此可知②是将稀硫酸滴入碳酸钠溶液里，生成的CO₂量较少；
（2）碳酸钠溶液里的CO₃^2-遇H+，依次发生的离子反应是H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，只有酸过量才能生成更多的CO₂；
（3）实验①说明酸中的H⁺全部与CO₃^2-反应生成CO₂，发生的离子反应为2H⁺+CO₃^2-=H₂O+CO₂↑，根据CO₂的物质的量可以计算出硫酸的物质的量浓度，实验②依次发生反应H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，可结合硫酸溶液里的H⁺和生成CO₂的物质的量求算碳酸钠的物质的量，再计算浓度；
（4）向碳酸钠溶液里缓慢滴加稀硫酸，发生的反应为H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，故可根据12mL碳酸溶液里碳酸根离子的物质的量可计算出二次消耗的硫酸各多少mL，再画出关系图．

解答 解：（1）当向硫酸中加入Na₂CO₃溶液时，发生反应2H⁺+CO₃^2-=CO₂↑+H₂O，硫酸酸完全反应后，再加入的Na₂CO₃不再放出CO₂；向Na₂CO₃溶液中加入硫酸时，先发生反应CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-，当所有CO₃^2-均转化为HCO₃^-时，再发生反应HCO₃^-+H⁺=CO₂↑+H₂O，由实验①②中数据可知等量的甲与等量的乙反应，实验①产生的CO₂气体多，说明甲为H₂SO₄、乙为Na₂CO₃，
故答案为：H₂SO₄；Na₂CO₃；
（2）CO₃^2-与H⁺先后发生两个反应：H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，才能产生CO2气体，实验①产生的气体多于②，说明实验①反应后溶液里不存在HCO₃^-，H⁺完全转化为CO₂气体逸出，故答案为：根据反应H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，才能产生CO2气体，实验①产生的气体多于②，说明实验①反应后溶液里不存在HCO₃^-，H⁺完全转化为CO₂气体逸出；
（3）实验①生成CO₂的物质的量为1.344×10^-3L÷22.4L/mol=0.6×10^-4mol，根据2H⁺+CO₃^2-=CO₂↑+H₂O，硫酸溶液里H+的物质的是为0.6×10^-4mol×2=1.2×10^-4mol，硫酸的物质的量为1.2×10^-4mol÷2=0.6×10^-4mol，硫酸的物质的量浓度为0.6×10^-4mol÷0.001L=0.06mol/L；实验②生成的CO₂的物质的量为0.448×10^-3L÷22.4L/mol=0.2×10^-4mol，假设乙溶液里碳酸钠的物质的是来nmol，根据依次发生的反应：H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，则这两个反应中消耗的H+等于硫酸溶液里H+的物质的量，故nmol+0.2×10^-4mol=1.2×10^-4mol，解得n=1.0×10^-4mol，故碳酸溶液的物质的量浓度为1.0×10^-4mol÷0.01L=0.01mol/L，故答案为：0.06mol/L；0.01mol/L；
（4）12.00mL碳酸钠溶液里碳酸钠的物质的量为12.00×10^-3L×0.01mol/L=0.12×10^-3mol，根据依次发生的离子反应：H⁺+CO₃^2-=HCO₃^-、H⁺+HCO₃^-=H₂O+CO₂↑，可知两次消耗的硫酸的体积相同，均为：0.12×10^-3mol÷（0.06mol/L×2）=0.001L=1.00mL，根据碳原子守恒，生成CO2的物质的量于碳酸钠的物质的量相等，体积为0.12×10^-3mol×22.4L/mol=2.688×10^-3L=2.688mL，据此可作出产生CO₂的体积随滴入甲溶液体积的变化关系图为，故答案为：．

点评 本题考查化学方程式的计算，侧重于学生的分析能力和计算能力的考查，注意把握反应的离子方程式或化学方程式，根据方程式结合质量守恒计算该题，题目难度中等