Question

某校化學(xué)研究性學(xué)習(xí)小組的同學(xué)對(duì)一包因敞口放置已部分變質(zhì)的氫氧化鈉產(chǎn)生了興趣，想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，請(qǐng)參與他們的探究過(guò)程．
提出問(wèn)題：樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是多少？
知識(shí)準(zhǔn)備：
（1）氫氧化鈉不能敞口放置的原因是：①________：②________．
（2）判斷氫氧化鈉是否變質(zhì)的方法之一是向樣品中加鹽酸，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：________、________．
（3）判斷氫氧化鈉是否變質(zhì)的另一種方法是將樣品溶于水，再向樣品中加澄清石灰水，看是否變渾濁，反應(yīng)的化學(xué)方程式是：________．
（4）向氫氧化鈉和碳酸鈉混合物中加入鹽酸時(shí)，鹽酸先與氫氧化鈉反應(yīng)，再與碳酸鈉反應(yīng)；
設(shè)計(jì)方案：
甲組同學(xué)：稱取16.40g樣品，放入足量的鹽酸直到反應(yīng)停止，共收集到4.40g二氧化碳．（設(shè)計(jì)思路：根據(jù)樣品與鹽酸反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．）
乙組同學(xué)：稱取16.40g樣品，加水配成溶液，向溶液中加入過(guò)量的澄清石灰水．過(guò)濾、洗滌、干燥，共得到白色沉淀10.00g．（設(shè)計(jì)思路：根據(jù)樣品與石灰水反應(yīng)生成沉淀碳酸鈣的質(zhì)量，先求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．）
解決問(wèn)題：
（1）乙組同學(xué)判斷石灰水是否過(guò)量的方法是________；
（2）根據(jù)兩組同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，請(qǐng)你幫助他們計(jì)算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：________．
交流與反思：
在交流時(shí)，老師問(wèn)同學(xué)們“能否用上述實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)計(jì)算出樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)”，甲乙兩組的同學(xué)都一致認(rèn)為可以．但小明思考后，覺(jué)得甲、乙兩種方案都不妥，理由是：________；
小明又重新設(shè)計(jì)新方案：
設(shè)計(jì)方案：
先用電子秤準(zhǔn)確稱取16.40g變質(zhì)的NaOH樣品放入錐形瓶中，用電子秤秤得錐形瓶及樣品的總質(zhì)量為51.40g，再把175.00g 7.3%稀鹽酸平均分成7份依次加入樣品中，每次充分反應(yīng)用電子秤秤得錐形瓶及所盛物質(zhì)的質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下：

加入鹽酸的次數(shù)	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次	第六次	第七次
錐形瓶及所盛物質(zhì)的總質(zhì)量	76.40	101.40	126.40	151.40	174.20	197.00	222.00

解決問(wèn)題：
請(qǐng)根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為_(kāi)_______．（不要求寫計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

解：（1）氫氧化鈉放置在空氣中易吸水而潮解，因?yàn)槭菑?qiáng)堿，所以能與酸性物質(zhì)或氣體發(fā)生反應(yīng)而變質(zhì)，如空氣中的二氧化碳，因此應(yīng)密封保存．故答案為：①防止氫氧化鈉吸水而潮解；②防止氫氧化鈉吸收二氧化碳而變質(zhì)．
（2）氫氧化鈉能與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鈉，因?yàn)樽冑|(zhì)產(chǎn)物中含有碳酸根離子，因此檢驗(yàn)是否發(fā)生變質(zhì)時(shí)就是檢驗(yàn)碳酸根離子的存在，因此可采用滴加鹽酸試劑的方法，若變質(zhì)則有氣泡產(chǎn)生．因?yàn)槭窃趬A性溶液中，酸和堿同時(shí)要發(fā)生中和反應(yīng)，因此答案為：NaOH+HCl═NaCl+H₂O，Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（3）檢驗(yàn)碳酸根離子存在的方法除上述之外，還可能滴加氫氧化鈣溶液的方法，因?yàn)樘妓岣�離子能與鈣離子反應(yīng)生成難溶的碳酸鈣而出現(xiàn)白色沉淀．所以答案為：Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH．
（4）（1）鈣離子的檢驗(yàn)同樣可以用含碳酸根離子的溶液，如碳酸鈉來(lái)進(jìn)行檢驗(yàn)．因此本題答案為：靜置后，取上層清液滴加碳酸鈉溶液，看是否變渾濁；
（2）設(shè)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量為x，
Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH
106 100
x 10.00g
解得x=10.60g
所以：×100%=64.6%，所以答案為：64.6%．
并把生成的氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁．
因?yàn)闃悠分杏兴�，無(wú)法測(cè)出樣品的氫氧化鈉的質(zhì)量，所以以上數(shù)據(jù)不能計(jì)算出樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，所以答案為：樣品中有水，無(wú)法測(cè)出樣品的氫氧化鈉的質(zhì)量；
由（1）可知，在加入的鹽酸中，一部分與氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)，另一部分與變質(zhì)的碳酸鈉反應(yīng)，同時(shí)，生成了二氧化碳?xì)怏w，因此整個(gè)過(guò)程前后質(zhì)量的變化實(shí)際就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，因此：（51.40g+175.00g）-222.0g=4.4g；
由第五次、第六次都是產(chǎn)生2.2g的質(zhì)量差可知本兩次都是加入的算完全反應(yīng)，且對(duì)應(yīng)的二氧化碳都是2.2g．所以前四次的酸都是與氫氧化鈉完全反應(yīng)的．
設(shè)所用鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x．以第五次的數(shù)據(jù)求算鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
73 44
25gx 2.2g
=
x=14.6%．
這樣違背了給出的鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)7.3%的說(shuō)明，所以在反應(yīng)中，在生成二氧化碳之前，碳酸鈉和鹽酸的反應(yīng)先生成碳酸氫鈉和氯化鈉，這樣導(dǎo)致不能前四次沒(méi)有氣體產(chǎn)生．Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl．但是消耗酸的總量與最終生成二氧化碳還是成正比的．
設(shè)碳酸鈉最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳，整個(gè)過(guò)程消耗的鹽酸溶液的質(zhì)量為z．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
73 44
7.3%z 4.4g
=
z=100g．
由于前四次的鹽酸中，和氫氧化鈉反應(yīng)的只有100g-50g=50g．
設(shè)氫氧化鈉的質(zhì)量為y．
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40 36.5
y 50g×7.3%
=
y=4g（16.4g中另外的1.8g是水）
所以樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：×100%=24.4%．所以答案為24.4%．
分析：氫氧化鈉放置在空氣中易吸水而潮解，且有腐蝕性，因此在稱量此類藥品時(shí)應(yīng)使用小燒杯，又因?yàn)槭菑?qiáng)堿，能與酸性物質(zhì)或氣體發(fā)生反應(yīng)而變質(zhì)，因此應(yīng)密封保存．檢驗(yàn)雜質(zhì)實(shí)際就是檢驗(yàn)碳酸根離子，對(duì)于碳酸根離子的檢驗(yàn)一可用鹽酸，能夠生成使澄清的石灰水變渾濁的氣體，第二種方法可以用氫氧化鈣溶液，因反應(yīng)生成難溶性碳酸鈣，因此會(huì)有白色沉淀產(chǎn)生．雜質(zhì)中某種物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則可用求得．
點(diǎn)評(píng)：本題綜合考查了氫氧化鈉和碳酸鈉的性質(zhì)，樣品中某物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算，并會(huì)檢驗(yàn)碳酸根的存在，綜合性較強(qiáng)．