Question

6．实验探究让化学更具魅力，请帮助完成下列实验探究
（1）同学们在做完“二氧化碳的实验室制取”后，对废液进行了如下处理：过滤，取滤液于烧杯中，逐滴
滴入Na₂CO₃溶液至过量．记录滴入Na₂CO₃溶液质量（x）与有关的变化关系如图1所示．图中纵坐标（y）
表示生成沉淀的质量，AB段发生反应的化学方程式是CaCl₂+Na₂CO₃=CaC0₃↓+2NaCl，反应进行到A点时，溶液中的溶质是NaCl、CaCl₂，
（2）如图2所示，一同学挤压胶头滴管中的液体，使之与瓶中固体接触，小气球鼓了起来．请写出符合这一现
象的化学方程式：

①置换反应Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑；
②化合反应CaO+H₂O=Ca（OH）₂；
（3）将（NH₄）₂SO₄和Na₂CO₃两种溶液充分混合加热，发现有气泡产生且闻到刺激性气味，同学们对气体成分产生兴趣．
【查阅】CuO和NH₃加热时发生反应：2NH₃+3CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$N₂+3Cu+3H₂O
【猜想】猜想一：气体是CO₂   猜想二：气体是NH₃猜想三：气体是NH₃和CO₂
【讨论 ①猜想一肯定不正确，理由是CO₂无刺激性气味；
②因Na₂CO₃溶液呈碱（填“酸”或“碱”）性，故有NH₃产生．
【探究】为确定气体成分，设计如图3装置（夹持装置未画出）：

①实验后，取少量A中固体，加入稀盐酸，观察到有气泡产生，证明其中含CO₂；
②B中观察到黑色固体变为红色，证明含有NH₃；
③根据探究结果，写出（NH₄）₂SO₄和Na₂CO₃两种溶液发生反应的方程式为：（NH₄）₂SO₄+Na₂CO₃═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑+2NH₃↑；
④若B装置连同固体质量减轻4.8g，则C装置增加的质量为5.4g．
【反思】（1）实验测得装置C增加的质量大于理论值，可能的原因是装置C吸收了空气中的水蒸气和二氧化碳；
（2）氨气也是污染物，在C装置后连接图4装置，以吸收尾气中未参加反应的氨气．干燥管的作用是B（填序号）
A．防止氨气逸出    B．防止液体倒吸    C．防止盐酸挥发．

Answer 1

分析 （1）根据碳酸钠与稀盐酸和氯化钙的混合溶液的反应原理进行分析，向混合溶液中逐滴滴入Na₂CO₃溶液至过量．刚开始时，碳酸钠与稀盐酸反应生成气体；当盐酸反应完后，加入的碳酸钠与氯化钙反应生成了碳酸钙沉淀，所以，图中纵坐标（y）应该表示生成的沉淀质量．当反应进行到B点时，表明反应完全结束，再加入的碳酸钠是过量的，溶液显碱性．据此进行分析解答．
（2）根据小气球鼓起来的是锥形瓶中的气压增大导致的，再结合哪些反应会使瓶内的压强增大进行分析．
（3）【讨论】
二氧化碳是无色、无味的气体；
碳酸钠属于盐，水溶液显碱性；
【探究】
二氧化碳能和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，碳酸钠能和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳；
根据实验现象可以判断气体中是否含有氨气；
根据反应物、生成物、质量守恒定律及其反应条件可以书写反应的化学方程式；
B装置连同固体质量减轻4.8g，说明氧化铜中的4.8g氧元素和氢元素结合生成水，根据水的组成可以计算水的质量，水的质量即为则C装置增加的质量；
【反思】
C装置中的碱石灰可以吸收空气中的二氧化碳和水蒸气；
干燥管有较大的体积，可以防止液体倒吸．

解答 解：（1）根据碳酸钠与稀盐酸和氯化钙的混合溶液的反应原理，向混合溶液中逐滴滴入Na₂CO₃溶液至过量．刚开始时，碳酸钠与稀盐酸反应生成气体；溶液中应先冒气泡，而不是先产生沉淀．发生的反应是：Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑；所以，图中纵坐标（y）应该表示生成的沉淀质量；当盐酸完全反应后，反应进行到A点，此时溶液的溶质是NaCl、CaCl₂；再加入的碳酸钠能与氯化钙反应生成了碳酸钙沉淀，所以，AB段发生的反应是：CaCl₂+Na₂CO₃=CaC0₃↓+2NaCl．
（2）由题意可知可知，小气球胀大是由于锥形瓶中的压强增大产生的：
①置换反应置换反应是单质和化合物生成单质和化合物的反应，铁和盐酸反应生成氯化亚铁和氢气，会使压强增大，所以，反应的方程式：Fe+2HCl=FeCl₂+H₂↑；
②化合反应，氧化钙能与水化合生成氢氧化钙，放出大量的热，能使锥形瓶中的压强增大．所以，反应的方程式是：CaO+H₂O=Ca（OH）₂．
（3）【讨论】①猜想一肯定不正确，理由是CO₂无刺激性气味．
②因Na₂CO₃溶液呈碱性，故有NH₃产生．
故填：碱．
【探究】
①实验后，取少量A中固体，加入稀盐酸，观察到有气泡产生，说明固体中含有碳酸钠，进一步证明其中含CO₂．
故填：有气泡产生．
②B中观察到黑色固体变为红色，证明气体中含有NH₃．
故填：黑色固体变为红色．
③（NH₄）₂SO₄和Na₂CO₃两种溶液发生反应生成硫酸钠、水、二氧化碳和氨气，反应的方程式为：（NH₄）₂SO₄+Na₂CO₃═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑+2NH₃↑．
故填：（NH₄）₂SO₄+Na₂CO₃═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑+2NH₃↑．
（4）设生成水的质量为x，
若B装置连同固体质量减轻4.8g，说明有4.8g氧元素和氢元素结合生成了水，
x×$\frac{16}{18}$×100%=4.8g，
x=5.4g．
故填：5.4g．
则C装置增加的质量为 5.4g；
【反思】
（1）实验测得装置C增加的质量大于理论值，可能的原因是装置C吸收了空气中的水蒸气和二氧化碳．
故填：装置C吸收了空气中的水蒸气和二氧化碳．
（2）干燥管的作用是防止液体倒吸．
故答案为：
（1）生成沉淀的质量；CaCl₂+Na₂CO₃=CaC0₃↓+2NaCl；A点溶质是NaCl、CaCl₂；
（2）①Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂↑；②CaO+H₂O=Ca（OH）₂；
（3）【讨论】①CO₂无刺激性气味；②碱；
【探究】①有气泡产生；
②黑色固体变为红色；
③（NH₄）₂SO₄+Na₂CO₃═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑+2NH₃↑．
④5.4g；
【反思】
（1）装置C吸收了空气中的水蒸气和二氧化碳；
（2）B．

点评 此类题的综合性较强，难度稍大．在解此类题时，要根据物质的性质、反应的原理，分析现象、判断物质、写出有关的方程式等．实验现象是物质之间相互作用的外在表现，因此要学会设计实验、观察实验、分析实验，为揭示物质之间相互作用的实质奠定基础．