Question

13．某研究性学习小组为探究碳酸钠和碳酸氢钠两种物质的性质和用途，进行了如下图所示实验：

（1）若用实验Ⅳ来验证碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性，则试管B中装入的固体最好是NaHCO₃，实验现象是右边试管中的石灰水不变浑浊，而左边试管中的石灰水变浑浊．
（2）若用实验来鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种固体，能达到实验目的是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ（填装置序号）．其中能够说明泡沫灭火器中选择碳酸氢钠与酸反应制CO₂而不选择碳酸钠的实验是Ⅱ．
（3）若测定Na₂CO₃固体中混有的少量NaHCO₃的质量分数，Ⅲ能否达到实验目的？若能，请说明其计算所需的数据能；若不能，请简要说明理由固体样品的质量和沉淀总质量（或反应前后固体的质量）．
（4）同学们将两种固体分别配制成0.5 mol•L^-1的溶液，设计如下方案并对反应现象作出预测：

实验方案	预测现象	预测依据
操作1：向2 mL Na2CO3溶液中滴加1 mL 0.5 mol•L-1 CaCl2溶液	有白色沉淀	Na2CO3溶液中的CO32-浓度较大，能与CaCl2发生反应Ca2++CO32-=CaCO3↓（写离子方程式）
操作2：向2 mL NaHCO3溶液中滴加1 mL 0.5 mol•L-1 CaCl2溶液	无白色沉淀	NaHCO3溶液中的CO32-浓度很小，不能与CaCl2反应

Answer 1

分析 （1）试管A中温度高、试管B中温度低，将碳酸氢钠放在试管低的试管中，如果碳酸氢钠分解了而碳酸钠没有分解，据此可以证明碳酸钠的稳定性大于碳酸氢钠；试管A连接的是右边的小试管，试管B连接的是左边的小试管，澄清石灰水变浑浊，证明对应的物质稳定性小；
（2）根据实验现象是否有明显区别进行判断；根据等质量时产生二氧化碳的量进行分析，因为Na₂CO₃和NaHCO₃与盐酸反应时都能放出CO₂，故I不能达到实验目的；等质量的Na₂CO₃、NaHCO₃固体与盐酸反应时，NaHCO₃生成的气体多，故Ⅱ可以；加热NaHCO₃和Na₂CO₃固体时，NaHCO₃受热分解，Na₂CO₃不分解，故Ⅲ、Ⅳ也可以达到实验目的；
（3）利用固体样品的质量和沉淀总质量，可以通过实验Ⅲ测量Na₂CO₃固体中混有的少量NaHCO₃的质量分数；
（4）碳酸钠能和氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠．

解答 解：（1）给碳酸钠直接加热，碳酸氢钠不直接加热，不直接加热的碳酸氢钠能分解而直接加热的碳酸钠不分解更能说明碳酸氢钠不稳定；当右边试管中的石灰水不变浑浊，而左边试管中的石灰水变浑浊，说明碳酸钠比碳酸氢钠稳定，
故答案为：NaHCO₃；右边试管中的石灰水不变浑浊，而左边试管中的石灰水变浑浊；
（2）无论碳酸钠还是碳酸氢钠都能和盐酸反应生成二氧化碳，二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，故Ⅰ无法鉴别；而Ⅱ利用等质量的碳酸钠、碳酸氢钠产生的二氧化碳的体积不同可以鉴别，Ⅲ可以通过分别加热碳酸钠、碳酸钠，根据澄清石灰水是否变浑浊鉴别、Ⅳ根据澄清石灰水是否变浑浊鉴别二者，所以能够达到实验目的是Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ；
实验Ⅱ中，鉴别原理为：等质量的碳酸钠、碳酸氢钠中，根据关系式Na₂CO₃～CO₂、NaHCO₃～CO₂可知，碳酸氢钠产生的二氧化碳多，泡沫灭火器用碳酸氢钠的原因是：等质量时碳酸氢钠产生的二氧化碳多，
故答案为：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ；Ⅱ；
（3）采用实验Ⅲ，加热后利用固体样品的质量和沉淀总质量，可以测定Na₂CO₃固体中混有的少量NaHCO₃的质量分数，
故答案为：能；固体样品的质量和沉淀总质量（或反应前后固体的质量）；
（4）碳酸钠能和氯化钙反应CaCl₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaCl，离子反应为：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓，
故答案为：Ca²⁺+CO₃^2-=CaCO₃↓．

点评 本题考查了碳酸钠、碳酸氢钠的性质、实验方案的设计与评价，题目难度中等，注意掌握碳酸钠、碳酸氢钠的性质，能够正确书写反应的化学方程式，明确实验方案的设计与评价的方法．