Question

11．盐酸和硫酸是常见的酸，某化学学习小组探究了它们的一些性质．
（1）用稀硫酸和盐酸均可以去除铁锈（主要成分为Fe₂O₃）．某化学兴趣小组为探究哪种微粒能使氧化铁溶解，设计了如下实验方案，并得出初步结论．
①填写下表中的实验结论．

实验过程	实验现象	实验结论
向盛有少量Fe2CO3的试管中分别加入NaCl溶液和Na2SO4溶液，振荡	固体不溶解	${SO}_{4}^{2-}$或Cl-不能使Fe2O3溶解；H2O分子不能使Fe2O3溶解

②同学们认为不需要做“向Fe₂O₃中加入水”的对比实验，其中的理由是什么？
（2）同学们把如图1甲、乙所示实验完成后，依次将废液缓慢倒入同一洁净的烧杯中．当倾倒液体时，观察到废液中有气泡产生．

①经讨论确定，A试管中废液里的溶质是Na₂SO₄、H₂SO₄（写化学式，下同）；B试管中废液里的溶质是NaCl、Na₂CO₃．
②在丙所示实验过程中有气体产生，请写出此反应的化学方程式．
（3）盐酸与氢氧化钠反应放热，如图2（左）所示为二者溶液混合的探究实验．随着盐酸的不断滴入，烧杯中溶液温度的变化如图2所示．
①b点时如图呈酸性（填“酸性”、“碱性”或“中性”）．
②当溶液温度为38℃时，可证明溶液中氢氧化钠已经不存在的实验现象是什么？
（4）称取铜、锌混合物粉末10g置于烧杯中，慢慢加入稀硫酸使其充分反应，直至固体质量不再减少为止，此时用去49g稀硫酸，且烧杯中剩余固体的质量为3.5g．请计算：所用的稀硫酸中溶质的质量分数是多少？

Answer 1

分析 （1）酸溶液和金属氧化物发生反应的实质是酸中的氢离子和金属氧化物中的氧离子结合生成水的过程，用盐酸可以清除铁锈，是因为盐酸中的氢离子使氧化铁溶解了，而不是盐酸中的水分子和氯离子．
（2）废液缸中有气泡产生，说明液体中有酸和碳酸根；所以知A试管含有Na₂SO₄、H₂SO₄溶；B试管中含有NaCl、Na₂CO₃；
根据碳酸钠和硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳解答；
（3）①根据到达b点的温度变化来分析；②根据氢氧化钠的性质来分析；
（4）根据金属活动性可知，金属铜不能与稀硫酸发生反应，而锌与稀硫酸放出氢气；固体质量不再减少，可判断锌已完全反应，反剩余固体为不能反应的铜；混合物粉末的质量与铜的质量差即反应所消耗锌的质量，利用该质量计算出反应所消耗硫酸的质量，利用硫酸质量与所加稀硫酸质量比完成所用稀硫酸的溶质质量分数的计算．

解答 解：（1）①由于真正使氧化铁溶解的是硫酸、盐酸中的氢离子，而不是硫酸中水分子和硫酸根离子，盐酸中的水分子和氯离子，故答案为：${SO}_{4}^{2-}$或Cl^-不能使Fe₂O₃溶解；H₂O分子不能使Fe₂O₃溶解；
②由于NaCl溶液和Na₂SO₄溶液中本身就有水，故不需要，因为上面的实验中，NaCl溶液和Na₂SO₄溶液里已经含有水．
（2）①废液缸中有气泡产生，通过反应可知：①硫酸和氢氧化钠溶液生成硫酸钠和水，②盐酸和碳酸钠生成氯化钠和水和二氧化碳；另外还应考虑硫酸和碳酸钠过量；所以知A试管含有Na₂SO₄、H₂SO₄；B试管中含有NaCl、Na₂CO₃；
②在丙所示实验过程中有气体产生，是碳酸钠和硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，此反应的化学方程式为：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（3）①b点的温度是由高到低的趋势，说明是中和反应恰好完成后，继续滴加稀盐酸到过量，故填：酸性；
②当溶液温度为38℃时，可证明溶液中氢氧化钠已经不存在的实验现象是往烧杯中再滴加少量氢氧化钠溶液并观察瞬间溶液颜色变化，若先变红，后变无色，证明其中没有氢氧化钠．
（4）混合物中金属锌的质量=10g-3.5g=6.5g
设49g稀硫酸中溶质H₂SO₄的质量为x
Zn+H₂SO₄═ZnSO₄+H₂↑
65   98
6.5g  x
$\frac{65}{6.5g}=\frac{98}{x}$
x=9.8g
所用稀硫酸的溶质质量分数=$\frac{9.8g}{49g}×$100%=20%
答案：
（1）①${SO}_{4}^{2-}$或Cl^-不能使Fe₂O₃溶解；H₂O分子不能使Fe₂O₃溶解；
②NaCl溶液和Na₂SO₄溶液里已经含有水．
（2）①Na₂SO₄、H₂SO₄；NaCl、Na₂CO₃；
②Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（3）①酸性；②溶液由红色变为无色；
（4）所用的稀硫酸中溶质的质量分数是20%．

点评 本题主要考查化学实验方案的设计与评价，根据物质的性质和物质间的反应规律，学会运用猜想与事实验证的方法和技巧处理实验问题．解答此题的关键是只需要对所涉及的各个反应中反应物是否恰好完全反应做出假设，若反应物恰好完全反应，则废液中的溶质只有生成物，若反应结束后反应物仍有剩余，则废液中的溶质除了生成物外还有剩余的反应物．