Question

8．今有碱金属的两种碳酸盐和碱土金属（第二主族）的一种不溶性碳酸盐组成的混合物，取其7.560g与过量盐酸完全反应，放出CO₂体积为1.344L（标况下）另取等质量的原混合物，加水搅拌，可滤出不溶性盐1.420g．
（1）取过滤后滤液的$\frac{1}{10}$体积，向其中缓慢滴加浓度为0.2500mol/L盐酸，并同时记录放出的CO₂体积（标况下）和消耗盐酸的体积，得到如图的曲线，试计算确定这两种碱金属碳酸盐的化学式．
（2）将滤出的不溶性盐（1.420g）投入到浓度为2.500mol/L的盐酸中，当完全反应时，耗去盐酸16.00ml，试计算确定原不溶性碳酸盐的化学式．

Answer 1

分析 （1）7.56g混合物中n（碳酸盐）=n（CO₂）=$\frac{1.344L}{22.4L/mol}$=0.06mol，由图象可知，当加入0.012 LHCl无CO₂生成，发生反应为CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-，由此知碱金属碳酸盐中n（CO₃^2-）=0.25mol/L×0.012L×10=0.03mol，标况下112mL二氧化碳的物质的量为：n（CO₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.05mol，
则原溶液中含有碳酸氢根离子的物质的量为：n（HCO₃^-）=0.05mol-0.03mol=0.02mol，
设碱金属两种盐中碱金属元素相对原子质量为x，y，列式得出碱金属元素原子量关系式，然后结合碱金属元素的原子量进行判断即可；
（2）碱土金属碳酸盐的物质的量=n（碳酸盐）-n（K₂CO₃）-n（KHCO₃）=0.06mol-0.05mol=0.01mol，则该碱土金属的碳酸盐的摩尔质量为：M=$\frac{1.42g}{0.01mol}$=142g/mol，该0.01mol不溶性碳酸盐消耗盐酸的物质的量为：2.500mol/L×0.01L=0.04mol，而正盐最多消耗0.02molHCl，
所以该该碱土金属的碳酸盐为碱式碳酸盐，设其化学式为：N₂（OH）₂CO₃，结合其摩尔质量计算出N即可．

解答 解：（1）7.56g混合物中n（碳酸盐）=n（CO₂）=$\frac{1.344L}{22.4L/mol}$=0.06mol，
由图象可知，当加入0.012 LHCl无CO₂生成，发生反应为CO₃^2-+H⁺=HCO₃^-，由此知碱金属碳酸盐中n（CO₃^2-）=0.25mol/L×0.012L×10=0.03mol，
标况下112mL二氧化碳的物质的量为：n（CO₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.05mol，
则原溶液中含有碳酸氢根离子的物质的量为：n（HCO₃^-）=0.05mol-0.03mol=0.02mol，
设碱金属两种盐中碱金属元素相对原子质量为x，y，
则：（2x+60）g/mol×0.03mol+（y+61）g/mol×0.02mol=7.56g-1.420g，
即：3x+y=156，
或（2y+60）g/mol×0.03mol+（x+61）g/mol×0.02mol=7.56g-1.420g
即：x+3y=156，
由碱金属Li、Na、K的相对原子质量分析两式，只有当x=y=39时符合题意，故碱金属为K，其碳酸盐的化学式分别为：K₂CO₃、KHCO₃，
答：这两种碱金属碳酸盐的化学式为K₂CO₃、KHCO₃；
（2）碱土金属碳酸盐的物质的量=n（碳酸盐）-n（K₂CO₃）-n（KHCO₃）=0.06mol-0.05mol=0.01mol，
则该碱土金属的碳酸盐的摩尔质量为：M=$\frac{1.42g}{0.01mol}$=142g/mol，
该0.01mol不溶性碳酸盐消耗盐酸的物质的量为：2.500mol/L×0.01L=0.04mol，而正盐最多消耗0.02molHCl，
所以该该碱土金属的碳酸盐为碱式碳酸盐，设其化学式为：N₂（OH）₂CO₃，则：2N=（142-60-17×2），解得：N=24，为Mg元素，
所以该不溶性碳酸盐的化学式为：Mg₂（OH）₂CO₃，
答：原不溶性碳酸盐的化学式为Mg₂（OH）₂CO₃．

点评 本题考查了讨论法在化学计算中的应用、混合物反应的计算，题目难度较大，明确发生反应实质为解答关键，注意掌握讨论法在化学计算中的应用方法，试题侧重考查学生的分析、理解能力及化学计算能力．