Question

（12分）Na₂CO₃俗称纯碱、苏打，NaHCO₃俗称小苏打，两者在日常生活和工业生产中都有着广泛的应用。某化学兴趣小组设计了如下实验来探究两者的某些性质。请你根据所学知识帮他们完成有关的设计和实验。

（1）甲同学测定两者的酸碱性：各取一定量的固体溶于水，配成相同浓度的溶液，测定其pH值，测定结果为Na₂CO₃、NaHCO₃的pH分别为a和b（a、b均大于7）。

Ⅰ.测定溶液的pH值所用的主要仪器有：pH试纸、表面皿、          和标准比色卡。

Ⅱ.有关①100mL0.1 mol·L^-1NaHCO₃、②100mL0.1 mol·L^-1Na₂CO₃两种溶液的叙述不正确的是（    ）

   A.溶液中水电离出的OH^-个数：②>①     B.溶液中阴离子的物质的量浓度之和：②>①

C.①溶液中：c(CO₃^2-)>c(H­₂CO₃)          D.②溶液中：c(HCO₃^-)>c(H­₂CO₃)

（2）乙同学取一定量的碳酸钠溶液于试管中，滴加2～3滴酚酞试液，发现溶液变红，继续滴加BaCl₂溶液，预计可观察到                              ，请你结合必要的离子方程式，应用平衡的观点解释有关现象的产生：                                       。

（3）常温下，现有pH均为11的标签模糊的NaOH和Na₂CO₃溶液，则NaOH溶液中由水电离出来的OH^-浓度为Na₂CO₃溶液中水电离出来OH^-浓度的       倍。丙同学设计如下实验予以区别：各取1mL两种溶液加水稀释至1L，分别测定其pH。请问丙同学是如何判断哪瓶溶液为Na₂CO₃溶液？              ；丁同学各取1mL两种溶液，分别滴加少量AlCl₃溶液观察有无沉淀或气体进行鉴别，则溶液滴加后同时产生沉淀和气体的反应离子方程式为                                        。

（4）已知：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9，不考虑其它因素影响，现将0.400 mol·L^－1的Na₂CO₃溶液和0.200 mol·L^－1的CaCl₂溶液等体积混合，则混合后溶液中Ca²⁺浓度为     mol·L^－1。

 

Answer 1

【答案】

（1）Ⅰ.玻璃棒（1分） Ⅱ.C（1分）

 （2）红色褪去，产生白色沉淀 （2分） ；由于Ba²⁺ +CO₃^2-=BaCO₃↓，使得溶液中CO₃^2-浓度减少，水解平衡CO₃^2- + H₂O=HCO₃^-+OH^-向左移动，OH^-浓度减少，红色褪去。（2分）  （1个离子方程式1分，文字说明1分）

   （3）10^-8 （1分）   pH值较大的是Na₂CO₃（1分）（其它合理答案也给分）

3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=3CO₂↑+2Al(OH)₃↓（2分）

（4）4.96×10^-8    （2分）

【解析】（1）测定pH时必须用玻璃棒蘸取待测液滴在试纸上；因为在相同浓度的条件下，碳酸钠的电离程度大于碳酸氢钠的电离程度，即碳酸钠对水电离的促进程度大，A正确。根据水解方程式CO₃^2－＋H₂O HCO₃^－＋OH^－、HCO₃^－＋H₂OH₂CO₃＋OH^－,可知每消耗1mol CO₃^2－水解后就生成2mol阴离子，而HCO₃^－的水解则是消耗1mol，就产生1mol，阴离子的个数是不变的，所以溶液中阴离子的物质的量浓度之和：②>①，B正确。碳酸氢钠显碱性，说明其水解程度大于其电离程度，所以c(CO₃^2-)＜c(H­₂CO₃)，C不正确。CO₃^2－的水解主要以第一步水解为主，所以溶液中c(HCO₃^-)>c(H­₂CO₃)，D正确。

（2）碳酸钠水解显碱性方程式为CO₃^2－＋H₂O HCO₃^－＋OH^－、HCO₃^－＋H₂OH₂CO₃＋OH^－。滴加BaCl₂溶液，Ba^2＋会结合CO₃^2－生成BaCO₃沉淀，使水解平衡向逆反应方向移动，碱性降低，红色会褪去。

（3）强碱氢氧化钠是抑制水的电离，pH为11，说明溶液中由水电离出的氢离子和OH^－浓度均是10^－11。而碳酸钠水解显碱性，是促进水的电离，所以溶液中由水电离出的OH^－浓度为10^－3，所以是前者的10⁸倍。强碱溶液中不存在其电离平衡，当稀释100倍是氢氧化钠的pH将减小3个单位，即由11到8。而碳酸钠中存在水解平衡，稀释会促进水解，但碱性会降低，但会高于氢氧化钠的pH。由于铝离子和CO₃^2－的水解相互促进，所以会产生氢氧化铝沉淀，同时生成CO₂气体。

（4）等体积混合后，CO₃^2－和Ca^2＋的浓度分别为0.200 mol·L^－1和0.100 mol·L^－1，此时二者之积是0.02＞4.96×10^-9，即会产生碳酸钙沉淀。因为碳酸钠过量，剩余碳酸钠的物质的量浓度是0.100

 

mol·L^－1，根据溶度积常数的表达式可知混合后溶液中Ca²⁺浓度为                       mol·L^－1。