Question

2．某小组探究Na₂CO₃和NaHCO₃的性质，实验步骤及记录如下：
Ⅰ．分别向盛有0.5g Na₂CO₃固体、0.5g NaHCO₃固体的烧杯中加入10mL水（20℃），搅拌，测量温度为T₁
Ⅱ．静置恒温后测量温度为T₂；
Ⅲ．分别加入过量的10mL 密度约为1.1g/mL 20%的盐酸（20℃），搅拌，测量温度T₃．得到表1的数据：
表1

温度 试剂	T1/℃	T2/℃	T3/℃
Na2CO3	23.3	20.0	23.7
NaHCO3	18.5	20.0	20.8

回答下列问题：
（1）Na₂CO₃溶于水显碱性，其原因是CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（用离子方程式表示）．
（2）根据试题后的附表判断：步骤Ⅰ中Na₂CO₃、NaHCO₃固体分别是全部溶解还是部分溶解Na₂CO₃、NaHCO₃固体都是全部溶解．
（3）分析表1的数据得出：Na₂CO₃固体溶于水放热，NaHCO₃固体溶于水吸热（填“放热”或“吸热”）．
（4）甲同学分析上述数据得出：Na₂CO₃和NaHCO₃与盐酸反应都是放热反应．
乙同学认为还应该增加一个实验，并补做如下实验：10mL密度约为1.1g/mL20%的盐酸，搅拌，测量温度为22.2℃．
（5）结合上述探究，下列说法正确的是AC．
A．NaHCO₃与盐酸的反应是吸热反应
B．不能用稀盐酸鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃固体
C．Na₂CO₃、NaHCO₃固体与稀盐酸反应的能量变化还与物质的溶解等因素有关
D．利用上述实验数据即可计算：CO₃^2-（aq）+2H⁺（aq）=H₂O（l）+CO₂（g）的△H
（6）丙同学为测定一份NaHCO₃和Na₂CO₃混合固体中NaHCO₃的纯度，称取m₁ g混合物，加热至质量不变时，称其质量为m₂ g，则原混合物中NaHCO₃的质量分数为$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}×100%$（用代数式表示）．
附表：溶解度表

溶解度    温度	10℃	20℃	30℃	40℃
Na2CO3	12.5g	21.5g	39.7g	40.0g
NaHCO3	8.1g	9.6g	11.1g	12.7g

Answer 1

分析 （1）碳酸钠为强碱弱酸盐，碳酸根离子水解导致溶液呈碱性；
（2）根据溶解度分别求出10mL水（20℃）分别溶解的Na₂CO₃、NaHCO₃固体与0.5g作比较分析；
（3）分析表1的数据得出：T₁/℃，Na₂CO₃固体溶于水温度升高，NaHCO₃固体溶于水温度降低；
（4）需探究盐酸溶于水温度的变化；
（5）A．分析表1的数据得出NaHCO₃与盐酸的反应是吸热反应；
B．Na₂CO₃和NaHCO₃固体二者与酸反应的快慢不同；
C．从温度变化可判别Na₂CO₃、NaHCO₃固体与稀盐酸反应的能量变化还与物质的溶解等因素有关；
D．利用上述实验数据只能计算：CO₃^2-（aq）+2H⁺（aq）=H₂O（l）+CO₂（g）的温度变化；
（6）根据质量守恒定律，由加热前后剩余物质的质量差可求得分解反应出二氧化碳与水的质量即固体减少的质量，由固体减少的质量根据化学方程式计算出样品中碳酸氢钠质量，并进一步计算样品中碳酸氢钠的质量分数．

解答 解：（1）碳酸钠为强碱弱酸盐，钠离子不水解、碳酸根离子水解导致溶液呈碱性，水解离子方程式为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-，HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，
故答案为：CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
（2）10mL水（20℃）溶解Na₂CO₃固体质量为：m=$\frac{10mL}{100mL}$×21.5g=2.15g＞0.5g，10mL水（20℃）溶解NaHCO₃固体质量为：m=$\frac{10mL}{100mL}$×9.6g=0.96g＞0.5g，0.5gNa₂CO₃、NaHCO₃固体都是全部溶解，
故答案为：Na₂CO₃、NaHCO₃固体都是全部溶解；
（3）分析表1的数据得出：T₁/℃，Na₂CO₃固体溶于水温度从20℃升高到23.3℃，放热，NaHCO₃固体溶于水温度从20℃升高到18.5℃，吸热，
故答案为：放热；吸热；
（4）强酸溶于水放热，盐酸为强酸，所以需增加探究盐酸溶于水温度的变化，即10mL密度约为1.1g/mL20%的盐酸搅拌，测量温度为22.2℃，
故答案为：10mL密度约为1.1g/mL20%的盐酸；
（5）A．盐酸溶于水放热，测量温度为22.2℃，T₁/℃，NaHCO₃固体溶于水温度从20℃升高到18.5℃，吸热，两者反应恒温后测量温度T₃为20.8℃低于22.2℃，所以NaHCO₃与盐酸的反应是吸热反应，故A正确；
B．用稀盐酸鉴别NaHCO₃和Na₂CO₃溶液，反应较快的为NaHCO₃，能鉴别，故B错误；
C．从上述温度变化数值可判别Na₂CO₃、NaHCO₃固体与稀盐酸反应的能量变化还与物质的溶解等因素有关，故C正确；
D．反应热（△H）=生成物的总能量-反应物的总能量，利用上述实验数据只能计算：CO₃^2-（aq）+2H⁺（aq）=H₂O（l）+CO₂（g）的温度变化，无法计算△H，故D错误；
故选AC；
（6）设样品中碳酸氢钠的质量为x．
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O↑+CO₂↑ 固体质量减少
168         106             168-106=62
x                               m₁-m₂
$\frac{168}{62}$=$\frac{x}{m_{1}-m_{2}}$ x=$\frac{84（m_{1}-m_{2}）}{31}$样品中碳酸氢钠的质量分数=$\frac{84（m_{1}-m_{2}）}{31m_{1}}$×100%
故答案为：=$\frac{84（m_{1}-m_{2}）}{31m_{1}}$×100%．

点评 本题考查探究Na₂CO₃和NaHCO₃的性质的检验，抓住题干信息以及Na₂CO₃和NaHCO₃的性质是解答本题的关键，注意物质性质的差异，题目难度中等．