Question

某天然碱(纯净物)可看做由CO₂和NaOH反应后的产物所组成．称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO₂的体积(标准状况)如下表：

(1)由第Ⅰ组数据中的CO₂体积与样品质量之比，可以推测用2.49g样品进行同样的实验时，产生CO₂多少mL(标准状况)．

(2)另取3.32g天然碱样品于300℃加热分解至完全(300℃时Na₂CO₃不分解)，产生CO₂ 112mL(标准状况)和水0.45g，计算并确定天然碱的化学式．

(3)已知Na₂CO₃和盐酸的反应分下列两步进行：

Na₂CO₃＋HCl＝NaCl＋NaHCO₃

NaHCO₃＋HCl＝NaCl＋CO₂↑＋H₂O

由上表中第Ⅳ组数据以及天然碱的化学式，求盐酸的浓度．

(4)讨论并确定上述实验中CO₂(标准状况)体积V(mL)与样品质量W(g)之间的关系式．

Answer 1

答案：
解析：

【解答】(1)因第Ⅰ组数据中盐酸过量，故样品质量为2.49g时盐酸仍然过量，样品充分反应，设可产生V mL CO2气体，则有 　　＝　　解得V＝504mL 　　(2)因2NaHCO3Na2CO3＋H2O　　　＋　　CO2↑ 　　　　　0.005×2　　　　　0.005mol　　　　 　　　　　＝0.01mol　　　　　　　　　　　　＝0.005mol 　　故3.32g样品中含有H2O的物质的量＝－0.005＝0.02mol 　　含NaHCO3的物质的量为0.01mol 　　含Na2CO3的物质的量 　　＝ 　　＝0.02mol 　　所以天然碱的Na2CO3，NaHCO3，H2O的物质的量之比为0.02∶0.01∶0.02＝2∶1∶2． 　　故其化学式为2Na2CO3·NaHCO3·2H2O(式量为332) 　　(3)由表中数据可知Ⅳ中盐酸完全反应，盐酸的物质的量等于样品中Na2CO3转化为NaHCO3所消耗盐酸及把部分NaHCO3转化成CO2所耗盐酸的和．则： 　　n(HCl)＝×2＋＝0.075mol 　　c(HCl)＝＝2.5mol/L 　　(4)因与1mol样品(2Na2CO3·NaHCO3·2H2O)完全反应需5mol HCl，则和30mL HCl完全反应的样品质量＝×332g/mol＝4.98g；样品中Na2CO3恰好和盐酸反应生成NaHCO3，此时无CO2放出时，样品质量＝×332g/mol＝12.45g． 　　所以：①当0＜W≤4.98，盐酸与足量样品完全反应，V(CO2)＝×3×22.4×103＝202.4W mL． 　　②若4.98＜W≤12.5时，HCl把部分NaHCO3转化成CO2，V(CO2)＝(0.075－×2)×22.4×103＝168－134.9W mL． 　　③若W＞12.5，样品中Na2CO3足量，盐酸不能将样品中Na2CO3完全转化为NaHCO3，故V(CO2)＝0． 　　【巧解导析】分析表中数据可知，Ⅰ组样品3.32g与Ⅳ组样品7.47g产生的CO2一样多，根据第(3)问所述的反应过程可推第Ⅰ组中盐酸过量，样品完全反应放出CO2；第Ⅳ组中盐酸先将Na2CO3全部转化成NaHCO3后，剩余的盐酸只能把部分NaHCO3转化成CO2，因盐酸完全反应可求出盐酸的浓度．由(2)问的数据可求出样品中Na2CO3，NaHCO3及H2O的物质的量的关系，结合盐酸浓度及天然碱的化学式可确定分步反应时W的特殊值，进行讨论即可求解第(3)问．

提示：

【巧解点悟】此题以天然碱的组成及碳酸盐的性质为依托，构筑成一道有层次、有深度且思维容量较大的计算题．要求学生有较强的信息的处理及表格数据的理解、分析能力．解题的关键是根据表格数据分析反应情况及过量情况．若缺乏分析判断能力，则很难解决此题．