Question

15．某学习小组的同学在学习了Na₂CO₃、NaHCO₃的性质后，了解到它们都能与盐酸反应产生CO₂气体，那么如何鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃呢？带着这样的疑问，他们进行了下列探究：
【猜想】（1）甲同学认为可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液，而不能用澄清石灰水鉴别．
（2）乙同学认为固体Na₂CO₃、NaHCO₃可用加热的方法鉴别．依据是NaHCO₃不稳定，受热易分解，而Na₂CO₃受热不易分解．
（3）丙同学认为可用盐酸鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃固体．
【实验探究】
（1）甲同学：①将CaCl₂溶液加入到分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，发现盛有Na₂CO₃的试管产生了白色沉淀；②将澄清石灰水加入到分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，发现两支试管中也都产生了白色沉淀．
此实验结果与猜想相同．
（2）乙同学分别取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固体于大试管中加热（如图）：

①加热Na₂CO₃时，开始即见小试管中有少量气泡产生，继续加热，气泡逐渐减少，未见澄清石灰水变浑浊，②加热NaHCO₃时，乙同学观察到实验现象与①不同，证实了自己的猜想是合理的．
（3）丙同学在两支分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃固体的试管中，各加入2mL
2mol/L的盐酸，观察到两支试管中均产生了大量气体，实验结果与猜想不一致，即得出不能用盐酸鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃．
【问题讨论】
（1）甲同学的两个实验中，大家对CaCl₂与Na₂CO₃溶液的反应比较熟悉，该反应的离子方程式为CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓；
（2）乙同学在加热Na₂CO₃固体时，开始产生少量气泡的原因是空气受热膨胀；在加热NaHCO₃固体时，乙同学观察到的实验现象是澄清石灰水变浑浊、小试管中有大量气泡产生、大试管管口有水珠等．
（3）丁同学认为丙同学的结论不对．丁同学认为对实验方案做一些改进，可用于鉴别碳酸钠与碳酸氢钠．他的改进方法是：称取各2.1g 两种固体，放入两个容积一样的气球中，在两只锥形瓶中各加入约25mL 2mol/L 的盐酸，分别将气球套在锥形瓶瓶口上，同时将气球中的固体同时倒入锥形瓶中，气球的膨胀比较快（填快或慢）的或最后气球比较大（填大或小）的是碳酸氢钠．
【拓展应用】
（1）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，可加入适量的NaOH溶液．
（2）要测定Na₂CO₃与NaHCO₃固体混合物中Na₂CO₃的质量分数，可采用的方案有多种，请简述其中一种方案（写出简要步骤及要测定的数据，不要求写出如何用数据求出结果）：方案一：称取5 g 样品于坩埚（已称量）加热至无水蒸气逸出，冷却、称 量加热后样品与坩埚的质量，重复至恒重；方案二：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入已称质量的50mL 2mol/L的硫酸，充分搅拌后，静置，称量烧杯（含反应后溶液）的质量至恒重；方案三：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入50mL 2mol/L的氢氧化钡溶液，充分搅拌后，静置，过滤、洗涤、烘干沉淀，冷却称量沉淀的质量；方案四：称取5 g 样品于烧杯中，加入50mL 蒸馏水，充分搅拌后，称量烧杯（含溶液）的质量，然后通入纯净干燥的二氧化碳，充分反应后，再称量至恒重．

Answer 1

分析 【猜想】（2）根据NaHCO₃不稳定，受热易分解，而Na₂CO₃受热不易分解角度分析；
【问题讨论】（1）CaCl₂与Na₂CO₃溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠，据此写出反应的离子方程式；
（2）装置中含有空气，加热时空气受热膨胀，所以开始会产生少量气泡；在加热NaHCO₃固体时，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳气体和水，据此判断反应现象；    
（3）碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应时产生氢气的速率不同，可以用盐酸鉴别碳酸钠和碳酸氢钠；碳酸氢钠直接与盐酸反应生成二氧化碳气体，而碳酸钠与盐酸先生成碳酸氢钠，所以加入碳酸氢钠的气球膨胀比较快；根据n=$\frac{m}{M}$及碳原子守恒可知，碳酸氢钠的摩尔质量较小，则等质量时碳酸氢钠放出的氢气多，则氢气比较大；
【拓展应用】（1）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，除杂不能引进新的杂质，可以加入适量的强氧化钠；
（2）测定Na₂CO₃与NaHCO₃固体混合物中Na₂CO₃，可通过以下方法：方案一：称取5 g 样品于坩埚（已称量）加热至无水蒸气逸出，冷却、称 量加热后样品与坩埚的质量，重复至恒重；方案二：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入已称质量的50mL 2mol/L的硫酸，充分搅拌后，静置，称量烧杯（含反应后溶液）的质量至恒重；方案三：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入50mL 2mol/L的氢氧化钡溶液，充分搅拌后，静置，过滤、洗涤、烘干沉淀，冷却称量沉淀的质量；方案四：称取5 g 样品于烧杯中，加入50mL 蒸馏水，充分搅拌后，称量烧杯（含溶液）的质量，然后通入纯净干燥的二氧化碳，充分反应后，再称量至恒重．

解答 解：【猜想】（2）由于NaHCO₃不稳定，受热易分解，而Na₂CO₃受热不易分解，所以Na₂CO₃、NaHCO₃可用加热的方法鉴别，
故答案为：NaHCO₃不稳定，受热易分解，而Na₂CO₃受热不易分解；
【问题讨论】（1）CaCl₂与Na₂CO₃溶液反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠，反应的离子方程式为：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓，
故答案为：CO₃^2-+Ca²⁺=CaCO₃↓；
（2）装置中由有空气，所以乙同学在加热Na₂CO₃固体时，空气受热膨胀，所以开始会产生少量气泡；在加热NaHCO₃固体时，碳酸氢钠分解生成碳酸钠、二氧化碳气体和水，二氧化碳能够使澄清石灰水变浑浊，所以乙同学观察到的实验现象为：澄清石灰水变浑浊、小试管中有大量气泡产生、大试管管口有水珠等，
故答案为：空气受热膨胀；澄清石灰水变浑浊、小试管中有大量气泡产生、大试管管口有水珠等（写出两个现象即可）；    
（3）碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应时产生氢气的速率不同，可以用盐酸鉴别碳酸钠和碳酸氢钠，所以丙的结论错误；丁同学认为对实验方案做一些改进，可用于鉴别碳酸钠与碳酸氢钠，方法为：称取各2.1g 两种固体，放入两个容积一样的气球中，在两只锥形瓶中各加入约25mL 2mol/L 的盐酸，分别将气球套在锥形瓶瓶口上，同时将气球中的固体同时倒入锥形瓶中，碳酸氢钠直接与盐酸反应生成二氧化碳气体，而碳酸钠与盐酸先生成碳酸氢钠，所以加入碳酸氢钠的气球膨胀比较快；根据n=$\frac{m}{M}$及碳原子守恒可知，碳酸氢钠的摩尔质量较小，则等质量时碳酸氢钠放出的氢气多，则氢气比较大，
故答案为：快；大；
【拓展应用】（1）要除去Na₂CO₃溶液中混有的少量NaHCO₃，为了不引进新的杂质，可以加入适量的强氧化钠，
故答案为：NaOH（或氢氧化钠）；
（2）测定Na₂CO₃与NaHCO₃固体混合物中Na₂CO₃的质量分数的方法有：方案一：称取5 g 样品于坩埚（已称量）加热至无水蒸气逸出，冷却、称 量加热后样品与坩埚的质量，重复至恒重；方案二：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入已称质量的50mL 2mol/L的硫酸，充分搅拌后，静置，称量烧杯（含反应后溶液）的质量至恒重；方案三：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入50mL 2mol/L的氢氧化钡溶液，充分搅拌后，静置，过滤、洗涤、烘干沉淀，冷却称量沉淀的质量；方案四：称取5 g 样品于烧杯中，加入50mL 蒸馏水，充分搅拌后，称量烧杯（含溶液）的质量，然后通入纯净干燥的二氧化碳，充分反应后，再称量至恒重，
故答案为：方案一：称取5 g 样品于坩埚（已称量）加热至无水蒸气逸出，冷却、称 量加热后样品与坩埚的质量，重复至恒重；方案二：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入已称质量的50mL 2mol/L的硫酸，充分搅拌后，静置，称量烧杯（含反应后溶液）的质量至恒重；方案三：称取5 g 样品于已称质量的烧杯中，加入50mL 2mol/L的氢氧化钡溶液，充分搅拌后，静置，过滤、洗涤、烘干沉淀，冷却称量沉淀的质量；方案四：称取5 g 样品于烧杯中，加入50mL 蒸馏水，充分搅拌后，称量烧杯（含溶液）的质量，然后通入纯净干燥的二氧化碳，充分反应后，再称量至恒重．

点评 本题考查了性质实验方案的设计，题目难度中等，熟练掌握碳酸钠、碳酸氢钠的化学性质为解答关键，注意掌握性质实验方案设计与评价的原则，试题培养了学生的分析、理解能力及化学实验能力．