Question

10．制作糕点常用Na₂CO₃或NaHCO₃作膨松剂，我校化学兴趣小组的同学根据Na₂CO₃和NaHCO₃的性质进行了一系列探究．
【查阅资料】
（1）溶解度比较：

溶解度	10℃	20℃	30℃	40℃
Na2CO3	12.5g	21.5g	39.7g	49.0g
NaHCO3	8.1g	9.6g	11.1g	12.7g

（2）已知碳酸氢钠在270℃左右就能分解为碳酸钠、水和二氧化碳，而碳酸钠受热不分解．
（3）常温下，浓度相同的Na₂ CO₃溶液比NaHCO₃溶液的碱性强．
【探究一】NaHCO₃和Na₂CO溶解度差异的探究．
小方同学分别取xg两种固体粉末加入20℃10g水中充分溶解，通过观察现象区分出碳酸钠和碳酸氢钠，x可能是A．
A．2    B．0.96    C．0.5    D．3
【探究二】Na₂CO₃和NaHCO₃鉴别探究
【猜想与假设】
（1）甲同学认为可用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（3）乙同学认为固体Na₂CO₃、NaHCO₃可用加热的方法鉴别．
【实验探究】（1）甲同学在两支分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，各加入澄清石灰水，观察到两支试管中的现象相同，均产生了白色沉淀，实验结果与猜想不一致，即不能用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（3）乙同学分别取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固体于大试管中加热（如图（一）所示）：①加热Na₂CO₃时，开始即见小试管中有少量气泡产生，继续加热，气泡逐渐减少，未见澄清石灰水变浑浊，
②加热NaHCO₃时，丙同学观察到实验现象与①不同，证实了自己的猜想是合理的．

【问题讨论】
（1）小组同学对上述实验展开了讨论，对甲同学的两个实验进行了比较，并从物质在溶液中解离出不同离子的微观角度分析了原因（如图（二）1、图（二）2）．请写出Na₂CO₃与澄清石灰水发生反应的化学方程式Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH；写出NaHCO₃与澄清石灰水混合时参与反应的离子：Ca²⁺、HC${{O}_{3}}^{-}$、OH⁺．
【探究三】测定某Na₂CO₃和NaHCO₃混合物中NaHCO₃的质量分数
【方案一】称取一定质量样品，置于坩埚中加热至恒重后，冷却，称量剩余固体质量，计算．
（1）坩埚中发生反应的化学方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（2）实验中，需加热至恒重的目的是保证NaHCO₃全部分解．
【方案二】利用如图（三）装置进行实验，装置B中放有样品（整套装置气密性良好，各装置中气体吸收剂足量）．
【实验步骤】
（1）检查装置的气密性；（2）称取样品10g，加到装置B中；（3）称量装置B、C、D的质量（含药品）；（4）连接装置；（5）加热；（6）停止加热继续通入空气；（7）再次称量装置B、C、D的质量（含药品）．【数据记录】

	装置B	装置C	装置D
实验前物质的质量/g	180.0	200.0	122.2
实验后物质的质量/g	176.9	201.5	124.8

【问题回答】
①如图装置C的作用是吸收水蒸气，装置C中一个明显的错误是右侧导管伸入液面以下．
②实验过程中必须向装置内通入空气，装置A中发生反应的化学方程式为2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．若没有装置A，造成测定结果偏大（填“偏大”“不变”或“偏小”）
【讨论分析】
小红同学认为，表格中三组数据都可以计算该样品中NaHCO₃的质量分数，但小张认为不能用C装置的质量变化来计算，其理由是装置A中逸出的水蒸气会进入装置C中；改进方法：在装置A、B之间增加一个浓硫酸的干燥装置．小王又认为用装置D的质量差会偏大而影响计算，应增加一个操作：连接D装置前，缓缓鼓入空气，目的是排尽装置内的二氧化碳气体．
【数据处理】经过反复讨论，大家一致赞成应该利用表格中的装置B的质量变化进行计算NaHCO₃和Na₂CO₃混合物中NaHCO₃的质量分数84%．
【拓展应用】固体Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通过加热方法除去．

Answer 1

分析 【探究一】根据20℃时碳酸钠和碳酸氢钠的溶解度进行分析；
【问题讨论】根据碳酸钠和氢氧化钙反应会生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，碳酸氢钠和氢氧化钙反应实质是碳酸氢根离子和氢氧根离子、钙离子反应生成碳酸钙沉淀和水进行分析；
【方案一】（1）根据碳酸氢钠在加热的条件下生成碳酸钠、水和二氧化碳进行分析；
（2）根据加热至恒重可以使碳酸氢钠完全分解进行分析；
①根据浓硫酸有吸水性，洗气时应该是长进短出进行分析；
②根据二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水进行分析；
【讨论分析】根据溶液中会挥发出水蒸气，导致测定结果偏大来分析，空气中含有二氧化碳来分析；根据实验数据来分析解答，固体减少的质量就是碳酸氢钠分解生成水和二氧化碳的总质量；
【数据处理】根据题中的数据，结合化学方程式进行计算；
【拓展应用】根据碳酸氢钠受热会分解生成碳酸钠、水和二氧化碳进行分析．

解答 解：【探究一】20℃时碳酸钠和碳酸氢钠的溶解度分别为21.5g和9.6g，那么在该温度下，10g水中最多溶解2.15g碳酸钠达到饱和，最多溶解0.96g碳酸氢钠达到饱和，因此可分别加入2g固体，充分搅拌后，若完全溶解则为碳酸钠，若不能完全溶解则为碳酸氢钠，故选：A；
【问题讨论】碳酸钠和氢氧化钙反应会生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，化学方程式为：Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH，碳酸氢钠和氢氧化钙反应实质是碳酸氢根离子和氢氧根离子、钙离子反应生成碳酸钙沉淀和水；
【方案一】（1）碳酸氢钠在加热的条件下生成碳酸钠、水和二氧化碳，化学方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑；
（2）加热至恒重可以使碳酸氢钠完全分解；
①浓硫酸有吸水性，洗气时应该是长进短出，所以装置C的作用是吸收水蒸气，装置C中一个明显的错误是：右侧导管伸入液面以下；
②空气经过装置A时，其中的二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，化学方程式为：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O，若没有此装置，则装置D增重偏大，认为生成的二氧化碳质量偏大，造成测定结果偏大；
【讨论分析】小张认为不能用C装置的质量变化来计算，其理由是：装置A中逸出的水蒸气会进入装置C中，改进方法是：在装置A、B之间增加一个浓硫酸的干燥装置，小王又认为用装置D的质量差会偏大而影响计算，应增加一个操作：连接D装置前，缓缓鼓入空气，目的是：排尽装置内的二氧化碳气体；
【数据处理】解：设其中含碳酸氢钠的质量为x
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑
 168             （18+44=62）
  x              180.0g-176.9g=3.1g
$\frac{168}{x}$=$\frac{62}{3.1g}$
x=8.4g
NaHCO₃和Na₂CO₃混合物中NaHCO₃的质量分数为：$\frac{8.4g}{10g}$=84%．
答：NaHCO₃和Na₂CO₃混合物中NaHCO₃的质量分数为84%；
【拓展应用】碳酸氢钠受热会分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，所以固体Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通过加热方法除去．
故答案为：【探究一】A；
【问题讨论】（1）Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；OH^-、HCO₃^-、Ca²⁺
（2）Na₂CO₃+CaCl₂=CaCO₃↓+2NaCl，有无气泡产生；
【探究三】[方案一]（1）2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑（2）保证NaHCO ₃ 全部分解；[方案二]①除去水蒸气；右侧导管伸入液面以下；
②2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O，偏大；
【讨论分析】装置A中逸出的水蒸气会进入装置C中；在装置A、B之间增加一个浓硫酸的干燥装置；连接D装置前，缓缓鼓入空气；排尽装置内的二氧化碳气体；
【数据处理】84%；
【拓展应用】加热．

点评 本题考查碳酸氢钠含量的测定实验，为高频考点，把握实验装置的作用及实验目的为解答的关键，侧重分析、计算及实验能力的综合考查，题目难度中等．