Question

13．小刚、小军、小红对一久置的NaOH白色粉末的成分进行探究并测定其成分的含量．
（一）成分的确定
三位同学都作出以下的猜想：
①可能是NaOH； ②可能是Na₂CO₃； ③可能是NaOH与Na₂CO₃的混合物．
（1）做出②③猜想的依据是CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O（用化学方程式表示）
（2）为了验证①②③猜想，他们分别做了下面的实验．
小刚取少量白色粉末于试管中，再滴加稀HCl，有气泡产生，由此可推出白色粉末中一定含有Na₂CO₃，肯定猜想①（填序号）是错误的．
小军又取少量白色粉末溶于水，向所得溶液中滴加酚酞试液，溶液变为红色．由此小军结合小刚的实验，认为猜想③是正确的．小红却认为小军的所得结论不确切，因为Na₂CO₃显碱性也会使酚酞试液变红．
（3）为探究白色粉末是否含有NaOH，小红设计了如图1所示实验方案：

①沉淀B的化学式为CaCO₃．
②在操作1中要用到玻璃棒，其作用是搅拌；在操作2中，除要用到铁架台（带铁圈）、烧杯、滤纸、玻璃棒外，还需补充的玻璃仪器是漏斗．
③小刚认为小红的这个方案也有问题，理由是Na₂CO₃与Ca（OH）₂反应后也有NaOH生成． 但只要稍加改进，就可以证明粉末中还含有NaOH，则小刚改进的方法是将滴加澄清石灰水改为过量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂ 或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）．小刚对小红的实验作了正确的改进后进行了实验，实验现象和小红的一致，由此确定猜想③是正确的．
（二）各成分含量的测定
三位同学利用电子天平共同作了如图2所示测定实验．

实验数据记录如表：

称　　　量　　　项　　　目	称　　　量　　时　间	质量（g）
试样		10.00
装置+稀硫酸质量		241.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后15秒	249.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后35秒	249.00
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后55秒	249.00

（4）写出锥形瓶中发生反应化学方程式：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（5）试通过分析表中数据计算出混合物中试样中各成份的质量分数，NaOH47%，Na₂CO₃53%．
（三）实验反思：
（1）有同学提出按上述实验所测得试样中Na₂CO₃质量分数会偏小，该同学的理由是CO₂密度比空气大，会有CO₂残留在装置中，造成最终测得的质量偏大，测得生成的CO₂质量偏小．（或浓硫酸会吸收空气中的水份，造成最终测得的质量偏大，测得生成的CO₂质量偏小．）（实验操作均正确）．
（2）根据反应的化学方程式分析，NaOH部分变质或全部变质，与没有变质的NaOH相比，中和反应时消耗硫酸的量相等（填“相等”、“大于”或“小于”）

Answer 1

分析 根据题设条件，按步分析，逻辑推理，层层推进，“对号入座”，得出结论．
解题时注意：（1）思维过程展示注意逻辑性；（2）发散性结论（几种可能组合）按序排列分析，防止遗漏或重复；（3）表述要清楚
氢氧化钠能与二氧化碳费用生成碳酸钠，碳酸钠的水溶液呈碱性，能使酚酞试液变红；检验碳酸钠可以使用酸或含有可溶性钙离子的物质；碳酸钠和氢氧化钠同时存在，检验氢氧化钠，需要先除去碳酸钠，并且不能生成氢氧化钠，据此解答．

解答 解：一、成分的确定
由于久置的氢氧化钠可能与空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水，该反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O．因此能作出题干中的三种猜想．
（1）由于碳酸钠与稀盐酸反应时有气泡产生，因此向固体中加入稀盐酸，若观察到有气泡产生，就能说明固体中含有碳酸钠．若固体中含有碳酸钠，就能说明猜想①是错误的．
（2）溶液中存在Na₂CO₃也会使酚酞变红，因此无色酚酞试液变红时，不能说明一定含有氢氧化钠．说明小军的结论不确切，甚至有可能是错误的．
（3）向白色粉末中加水，粉末会溶解，为加速溶解，可以用玻璃棒搅拌，从而得到溶液A．因此操作1是溶解，在该操作中玻璃棒所起的作用是“搅拌，加速溶解”．
由于粉末中的物质至多有氢氧化钠和碳酸钠，其中氢氧化钠与石灰水不反应，碳酸钠能与石灰水反应生成白色沉淀碳酸钙，因此通过这一操作和现象，可以确定粉末中一定含有碳酸钠，沉淀B一定是碳酸钙．碳酸钙的化学式为CaCO₃．
由于Na₂CO₃与Ca（OH）₂反应后也有NaOH生成，因此这个方案不能证明白色粉末中是否含有NaOH．
改进方案：将滴加澄清石灰水改为过量的CaCl₂即可．
二、各成分含量的确定
（1）通过以上的分析可知：白色粉末中含有氢氧化钠和碳酸钠．
稀硫酸与氢氧化钠反应生成硫酸钠和水．
该反应的化学方程式为：2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O．
稀硫酸与碳酸钠反应生成硫酸钠、水和二氧化碳．
该反应的化学方程式为：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．
（2）生成二氧化碳的质量为：241.20g+10.00g-249.00g=2.20g
设样品中碳酸钠的质量分数为x．
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                     44
10.00g×x               2.20g
$\frac{106}{10.00g×x}=\frac{44}{2.20g}$
x=53%
NaOH占：1-53%=47%
【实验反思】CO₂密度比空气大，会有CO₂残留在装置中，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小（或浓硫酸会吸收空气中的水分，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小）．
故答案为：
一、成分的确定
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（1）Na₂CO₃ ①
（2）溶液中存在Na₂CO₃也会使酚酞变红
（3）①CaCO₃
②搅拌，加速溶解；
③Na₂CO₃与Ca（OH）₂反应后也有NaOH生成
改进方案：将滴加澄清石灰水改为过量的CaCl₂．
二、各成分含量的确定
（1）方程式为2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
（2）样品中Na₂CO₃53%；
【实验反思】（1）CO₂密度比空气大，会有CO₂残留在装置中，造成最终称得的质量偏大，使计算出的CO₂质量偏小；
（2）根据化学方程式2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；
CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
可知NaOH部分变质或全部变质，与没有变质的NaOH相比，中和反应时消耗硫酸的量相等．
答案：（1）CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O
（2）Na₂CO₃；①； Na₂CO₃显碱性也会使酚酞试液变红
（3）①CaCO₃； ②搅拌；漏斗；
③Na₂CO₃与Ca（OH）₂反应后也有NaOH生成；将滴加澄清石灰水改为过量的CaCl₂（或Ba（NO₃）₂ 或Ca（NO₃）₂或BaCl₂）；
（4）2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O；Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
（5）47%；53%；
【实验反思】（1）CO₂密度比空气大，会有CO₂残留在装置中，造成最终测得的质量偏大，测得生成的CO₂质量偏小．（或浓硫酸会吸收空气中的水份，造成最终测得的质量偏大，测得生成的CO₂质量偏小．）
（2）相等．

点评 本题主要考查利用氢氧化钠和碳酸钠的化学性质确定久置的氢氧化钠的成分、利用浓稀硫酸的性质计算久置氢氧化钠中各成分的质量分数，难度较大．