Question

烧碱、纯碱等都是重要的化工原料．
（1）利用如图装置可以证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应．若将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是

 

．
（2）向100mL 1mol?L^-1烧碱溶液中通入一定量CO₂充分反应后，将溶液在低温下蒸干得到白色固体X，X的组成可能有四种情况，按出现的先后顺序分别是Ⅰ．NaOH、Na₂CO₃，Ⅱ．

 

，Ⅲ．Na₂CO₃、NaHCO₃，Ⅳ．

 

．
①常温下，将得到的固体X重新溶于水，在所得溶液中加入盐酸，使溶液的pH=7，再将溶液蒸干，得到固体的质量为

 

 g．
②若要验证白色固体X是第Ⅰ种组成，依次加入的试剂为

 

（填字母序号）．
a．盐酸  b．MgCl₂溶液c．BaCl₂溶液  d．Ba（OH）₂溶液
在验证的过程中，一定需要进行的操作是

 

（填字母序号）．
a．萃取  b．洗涤  c．过滤  d．分馏
③若白色固体X为第Ⅲ种组成，下列实验方案中不能测定其中NaHCO₃质量分数的是

 

（填字母序号）．
a．取m g X与足量Ba（OH）₂溶液充分反应，过滤，洗涤，烘干得n g固体
b．取m g X与足量盐酸充分反应，加热，蒸干，灼烧得n g固体
c．取m g X充分加热，减重n g
d．取m g X与足量稀硫酸充分反应，逸出的气体被足量碱石灰吸收，增重n g
④若白色固体X的质量为7.0g，则X的组成为

 

（填Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ）．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,物质的检验和鉴别的实验方案设计

专题：实验设计题

分析：（1）CO₂与NaOH反应生成Na₂CO₃，烧瓶内压强减小；
（2）由于CO₂和NaOH反应时物质的量之比不同则产物不同，故可根据CO₂ 和NaKOH反应时物质的量之比对产物进行讨论；
①固体X溶解于水在所得溶液中加入盐酸使溶液pH=7得到的溶液为氯化钠，依据钠元素守恒计算质量；
②验证白色固体X是第I种组成NaOH、Na₂CO₃，需要验证碳酸根离子和氢氧根离子，由选项试剂可知利用氯化钡溶液检验碳酸根离子，依据氢氧化钠或酚酞试液检验氢氧根离子的存在；验证过程中需要把沉淀过滤后再检验氢氧根离子；
③若白色固体X为第Ⅲ种组成，Na₂CO₃、NaHCO₃ ；
a．氢氧化钡与碳酸氢钠反应生成碳酸钡沉淀，与碳酸钠反应生成碳酸钡沉淀，依据碳酸钠和碳酸氢钠混合物质量为m，生成碳酸钡沉淀质量为ng，依据碳元素守恒列式可以计算；
b．取mg X与足量盐酸充分反应，加热，蒸干，灼烧得n g固体为氯化钠，依据钠元素 守恒列式计算；
c．取m g X充分加热，减重n g，发生的反应是碳酸氢钠受热分解，依据质量减少为水和二氧化碳质量结合化学方程式计算得到碳酸氢钠质量；
d．稀硫酸与二者皆反应，且水有挥发，所以求算不出来；
④依据氢氧化钠和二氧化碳的反应分析，二氧化碳和氢氧化钠按照物质的量1：2反应生成碳酸钠，按照1：1反应生成碳酸氢钠，以此计算判断．

解答： 解：（1）将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，二氧化碳与烧碱溶液发生了反应，引起压强减小，导致水沿导管由广口瓶进入烧瓶，
故答案为：水沿导管由广口瓶进入烧瓶（或水倒吸进入烧瓶）；
（2）由①CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O、②CO₂+NaOH=NaHCO₃，可知

n(CO2)

n(NaOH)

=

1

2

时产物为Na₂CO₃，

n(CO2)

n(NaOH)

=1时产物为NaHCO₃，

n(CO2)

n(NaOH)

＜

1

2

时，NaOH 过量，则产物为Na₂CO₃、NaOH；

1

2

＜

n(CO2)

n(NaOH)

＜1时，对于①反应来说二氧化碳过量而对于②反应来说二氧化碳量不足，所以产物为Na₂CO₃、NaHCO₃；

n(CO2)

n(NaOH)

＞1时，二氧化碳过量，则固体产物为NaHCO₃．
向100mL 1mol?L^-1烧碱溶液中不断通入一定量CO₂充分反应后，将溶液在低温下蒸干得到白色固体X，X的组成可能有四种情况，按出现的先后顺序分别是：NaOH、Na₂CO₃；Na₂CO₃；Na₂CO₃、NaHCO₃；NaHCO₃；
故答案为：Na₂CO₃；NaHCO₃ ；
①固体X溶解于水在所得溶液中加入盐酸使溶液pH=7得到的溶液为氯化钠，依据钠元素守恒，100mL 1mol?L^-1烧碱溶液中含有钠元素物质的量为0.1mol，所得氯化钠固体质量=0.1mol×58.5G/mol=5.85g，故答案为：5.85；
②验证白色固体X是第I种组成NaOH、Na₂CO₃，需要验证碳酸根离子和氢氧根离子，由选项试剂可知利用氯化钡溶液检验碳酸根离子，依据氢氧化钠或酚酞试液检验氢氧根离子的存在；验证过程中需要把沉淀过滤后再检验氢氧根离子；
a．盐酸和碳酸钠反应放出气体，与氢氧化钠反应物现象不能用来检验，故a不选；
b．MgCl₂ 溶液和氢氧化钠反应生成氢氧化镁白色沉淀，可以检验除去碳酸钠后的溶液中的氢氧化钠，故b选；
c．BaCl₂ 溶液和碳酸钠反应生成白色沉淀，故c选；
d．Ba（OH）₂ 溶液和碳酸钠反应生成白色沉淀，和氢氧化钠吧反应，故d不选；
故答案为：cb；c；
③若白色固体X为第Ⅲ种组成，即为Na₂CO₃、NaHCO₃ ；
a．氢氧化钡与碳酸氢钠反应生成碳酸钡沉淀，与碳酸钠反应生成碳酸钡沉淀，依据碳酸钠和碳酸氢钠混合物质量为m，生成碳酸钡沉淀质量为ng，依据碳元素守恒列式可以计算，故a不选；
b．取mg X与足量盐酸充分反应，加热，蒸干，灼烧得n g固体为氯化钠，依据钠元素 守恒列式计算，设碳酸钠Xmol，碳酸氢钠Ymol，（X+Y）（23+35.5）=n 106X+84Y=m 求解，故b不选；
c．取m g X充分加热，减重n g，发生的反应是碳酸氢钠受热分解，依据质量减少为水和二氧化碳质量结合化学方程式计算得到碳酸氢钠质量，设碳酸钠Xmol，碳酸氢钠Ymol，0.5Y（18+44）=n 106X+84Y=m，列式计算得到，故c不选；
d．取m g X与足量稀硫酸充分反应，逸出的气体被足量碱石灰吸收，增重n g，稀硫酸与二者皆反应，且水有挥发，吸收的增重为二氧化碳和水蒸气质量，所以求算不出碳酸氢钠的质量分数，故d选；
故选d；
④100mL 1mol?L^-1烧碱溶液中含有氢氧化钠物质的量为0.1mol，依据钠元素守恒若全部生成Na₂CO₃，固体质量为0.1mol×

1

2

×106g/mol=5.3g，若生成碳酸氢钠固体质量=0.1mol×84g/mol=8.4g，若白色固体X的质量为7.0g，介于二者之间，说明固体为Na₂CO₃，NaHCO₃的混合物，故答案为：Ⅲ．

点评：本题考查物质含量及性质实验方案的设计，为高考常见题型和高频考点，侧重于学生的分析和实验能力的考查，注意二氧化碳和氢氧化钠溶液反应利用极性法判断生成的产物及守恒法计算是解题关键，题目难度不大．