Question

4．将在空气中暴露一段时间后的氢氧化钠固体样本溶于水得溶液A，将所得溶液中逐滴滴加稀硫酸至过量，生成的二氧化碳体积（标准状况下）与加入稀硫酸体积关系如图所示．

已知：在碳酸钠溶液中逐滴加入稀硫酸反应按以下步骤进行：
①CO₃^2-+H⁺═HCO₃^-    ②H⁺+HCO₃^-═CO₂↑+H₂
试计算：
（1）溶液A中滴加硫酸的体积在0-150mL间无CO₂气体生成的原因是0-150mL间发生2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O、2Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2NaHCO₃
（2）硫酸滴加至150mL时，此时溶液中溶质主要成分为（写化学式）Na₂SO₄和NaHCO₃
（3）溶液A中碳酸钠的质量为2.12gg
（4）硫酸的物质的量浓度为0.2mol/L
（5）该样品中Na₂CO₃与NaOH物质的量之比为2：1．

Answer 1

分析 （1）因为碳酸钠与硫酸反应生成碳酸氢钠，与碳酸氢钠与硫酸反应生成二氧化碳消耗硫酸的物质的量相等，所以由图可知V（硫酸l）在0～100mL区间内发生反应的化学方程式为：2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；在100～150mL区间内发生反应的化学方程式为2Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2NaHCO₃；
（2）由（1）知：硫酸滴加至150mL时，此时溶液中溶质主要成分为Na₂SO₄和NaHCO₃；
（3）根据碳守恒可知：Na₂CO₃～CO₂；
（4）加入150mL～200mL硫酸，发生反应：2NaHCO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O，根据生成二氧化碳计算n（H₂SO₄），再根据c=$\frac{n}{V}$计算；
（5）加入200mL硫酸时，生成0.448L二氧化碳，此时溶液中溶质为Na₂SO₄，由硫酸根离子守恒计算n（Na₂SO₄），根据碳元素守恒计算n（Na₂CO₃），根据钠离子守恒计算n（NaOH），据此解答．

解答 解：（1）因为碳酸钠与硫酸反应生成碳酸氢钠，与碳酸氢钠与硫酸反应生成二氧化碳消耗硫酸的物质的量相等，所以由图可知V（硫酸l）在0～100mL区间内发生反应的化学方程式为：2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；在100～150mL区间内发生反应的化学方程式为2Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2NaHCO₃，
故答案为：0-150mL间发生2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O、2Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2NaHCO₃；
（2）由（1）知：硫酸滴加至150mL时，此时溶液中溶质主要成分为Na₂SO₄和NaHCO₃，故答案为：Na₂SO₄和NaHCO₃；
（3）根据碳守恒可知：Na₂CO₃～CO₂，而二氧化碳的体积为0.448L，所以碳酸钠的物质的量为：$\frac{0.448L}{22.4L/mol}$=0.02mol，则质量为：0.02mol×106g/mol=2.12g，故答案为：2.12g；
（4）加入150mL～200mL硫酸，发生反应：2NaHCO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+2CO₂↑+2H₂O，n（H₂SO₄）=$\frac{0.02}{2}$=0.01mol，则c=$\frac{n}{V}$=$\frac{0.01mol}{0.05L}$=0.2mol/L，故答案为：0.2mol/L；
（5）加入200mL硫酸时，生成0.448L二氧化碳，此时溶液中溶质为Na₂SO₄，
由硫酸根离子守恒计算n（Na₂SO₄）=0.2L×0.2mol/L=0.04mol，
根据碳元素守恒n（Na₂CO₃）=n（CO₂）=0.02mol，
根据钠离子守恒n（NaOH）=2n（Na₂SO₄）-2n（Na₂CO₃）=0.08mol-0.02mol×2=0.04mol，
故该样品中NaOH与Na₂CO₃物质的量之比=0.04mol：0.02mol=2：1，
故答案为：2：1．

点评 本题以图象形式考查化学方程式计算，明确发生的反应是解题关键，注意（5）中利用守恒思想进行解答．