Question

11．在一堂化学实验课上，老师为每组同学分别提供了一瓶氢氧化钠溶液，让他们用7.3%的稀盐酸来测定其溶质的质量分数．以下是几组同学的设想及做法：
（1）甲组同学的实验如图1所示：在烧杯中加入16g氢氧化钠溶液，滴入几滴酚酞溶液，用滴管慢慢滴入7.3%的稀盐酸，并不断搅拌，当观察到现象时，说明它们之间发生了中和反应，且恰好完全反应．当溶液颜色恰好变为无色时，共用去了稀盐酸20g．

试计算：
①则甲组这瓶氢氧化钠溶液中溶质的质量分数为10%？（以下两小题必须写出完整的计算过程）．
②试列式计算说明将该反应后的溶液转化为20℃时饱和溶液的一种简单方法（计算结果精确到0.1g）．已知：20℃时氯化钠的溶解度为36.0g．
（2）乙组同学的设想是：在烧杯中加入一定量的氢氧化钠溶液，用滴管慢慢滴入7.3%的稀盐酸，并不断搅拌，通过用pH试纸多次测定溶液pH的办法，达到实验目的．
①下列使用pH试纸的方法正确的是AC（填字母）．
A．将pH试纸剪成几段节约使用B．将pH试纸直接插入待测液中
C．将pH试纸放在干净的白瓷板上，用玻璃棒蘸取待测液滴在pH试纸上
D．将pH试纸润湿后放在玻璃片上，用玻璃棒蘸取待测液滴在pH试纸上
②由于用pH试纸需多次测定，较繁琐，且所测数值不够精确．在老师指导下，乙组同学取了5g氢氧化钠溶液进行了数字化实验，由计算机描绘出了整个实验过程中溶液pH的变化图象（简单表示为图2）．
请回答：图2中a点表示的含义是氢氧化钠与盐酸恰好完全反应；b点溶液中含有的阳离子有Na⁺、H⁺（填离子符号）．
（3）丙组同学在滴加稀盐酸一段时间后，发现溶液中有少量气泡产生．这一“异常现象”激起了他们的探究欲望，通过实验证明：该组用的这瓶氢氧化钠溶液已经部分变质．
请用化学方程式表示其变质的原因CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；若要除去溶液中变质生成的杂质，请简要写出你的实验方案：加适量的氢氧化钙溶液（或氢氧化钡溶液），过滤．
（4）①图3是氢氧化钠溶液与稀盐酸恰好完全反应的微观示意图，
根据如图回答下列问题：该中和反应的实质可以表示为氢离子+氢氧根离子→水．
②将稀盐酸逐滴匀速加入一定量的稀氢氧化钠溶液中，用数字化仪器对反应过程中溶液的温度、pH进行实时测定，得到的曲线如图4、图5所示．
由图4、图5可知，稀盐酸与稀氢氧化钠溶液恰好反应依据是溶液温度升高、溶液pH由大于7降至小于7．
（5）中和反应不一定有有明显实验现象产生．对于某些有明显实验现象产生的中和反应，如稀硫酸与氢氧化钡溶液的反应，只要将稀硫酸滴加到氢氧化钡溶液中，观察到产生白色沉淀现象，就可说明反应已经发生．该反应的化学方程式是Ba（OH）₂+H₂SO₄═BaSO₄↓+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）①根据氢氧化钠与盐酸的反应，由盐酸溶质的质量求出氢氧化钠的质量，再求出氢氧化钠溶液中溶质的质量分数；②根据20℃是氯化钠的溶解度，结合溶液中含有的氯化钠质量分析使其转化为20℃时的饱和溶液的方法．
（2）①根据pH试纸使用方法分析判断；
②根据溶液pH的变化图象的意义，分析a的含义、b点溶液中的溶质；由盐酸的体积和密度可求出盐酸的质量．
（3）根据氢氧化钠与二氧化碳的反应写出氢氧化钠变质的方程式，根据碳酸钠的性质分析设计除去碳酸钠的实验方案．
（4）显酸性的溶液不能使酚酞试液变色，显碱性的溶液能使酚酞试液变红色；
稀盐酸和氢氧化钠反应时放出热量；
氢氧化钠溶液显碱性，pH大于7，当不断加入稀盐酸时，由于发生中和反应，溶液的碱性减弱，pH减小，当恰好完全反应时，pH等于7，继续加入稀盐酸时，溶液显酸性，pH小于7；
（5）氢氧化钡和稀硫酸反应生成白色沉淀硫酸钡和水．

解答 解：（1）①酚酞遇碱性溶液变红，酚酞溶液的作用是：判断反应是否恰好完成；
②在中和反应过程中，边滴加稀盐酸，边要用玻璃棒不断搅拌的目的是：使反应物充分接触，完全反应；
③盐酸中溶质的质量为：20g×7.3%=1.46g
设氢氧化钠的质量为x，生成氯化钠的质量为y
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40      36.5    58.5
x       1.46g     y
$\frac{40}{x}=\frac{36.5}{1.46g}$=$\frac{58.5}{y}$
 解得：x=1.6g
y≈2.3g
甲组这瓶氢氧化钠溶液中溶质的质量分数为：$\frac{1.6g}{16}$×100%=10%
②由于该溶液在20℃时不饱和所以可采用加溶质的简便办法使其转化成饱和溶液，原溶液质量是20g+16g=36g；
设加入溶质的质量是z，则有
$\frac{36g}{100g+36g}=\frac{2.3g+z}{36g+z}$
z≈9.8g
（2）①A．将pH试纸剪成几段节约使用，方法正确；
B．将pH试纸直接插入待测液中，会污染试剂，方法错误；
C．将pH试纸放在干净的白瓷板上，用玻璃棒蘸取待测液滴在pH试纸上，方法正确；
D．将pH试纸润湿后，测得碱液的pH偏小，方法错误；
②由溶液pH的变化图象可知，在a点时，溶液的pH等于7，说明了氢氧化钠和盐酸恰好中和；在b点时，溶液呈酸性，氢氧化钠全部与盐酸反应生成了氯化钠，溶液中还有剩余的盐酸．所以溶液中的阳离子是：Na⁺、H⁺；要求氢氧化钠溶液的质量质量分数，须知盐酸的质量，由题中的条件可知，还需要的数据是稀盐酸的密度．
（3）氢氧化钠变质的原因是氢氧化钠与空气中的二氧化碳反应，反应的方程式是：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．由于碳酸钠能与氢氧化钙反应生成了氢氧化钠和碳酸钙，既除去了杂质碳酸钠，又没有引入新的杂质．所以，要除去溶液中变质生成的杂质，实验方案是：加适量的氢氧化钙溶液（或氢氧化钡溶液），过滤；反应方程式为：Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH．
（4）①在盛有稀氢氧化钠溶液的烧杯中，滴加2～3滴酚酞试液，用胶头滴管吸取稀盐酸逐滴加入到上述烧杯中，边滴边用玻璃棒搅拌，当观察到溶液由红色变成无色时，说明它们之间发生了中和反应，且恰好完全反应；中和反应的实质是：氢离子+氢氧根离子→水；
②由图1、图2可知，稀盐酸与稀氢氧化钠已发生中和反应的判断依据是溶液温度升高；溶液pH由大于7降至小于7．
（5）将稀硫酸滴加到氢氧化钡溶液中时，能够观察到产生白色沉淀，就可说明反应已经发生，该反应的化学方程式为：Ba（OH）₂+H₂SO₄═BaSO₄↓+2H₂O．
故填：产生白色沉淀；Ba（OH）₂+H₂SO₄═BaSO₄↓+2H₂O．
答案：
（1）①10%；②9.8g；
（2）①AC；②氢氧化钠与盐酸恰好完全反应；Na⁺、H⁺；
（3）CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O；加适量的氢氧化钙溶液（或氢氧化钡溶液），过滤；
（4）①氢离子+氢氧根离子→水；②溶液温度升高；溶液pH由大于7降至小于7．
（5）产生白色沉淀；Ba（OH）₂+H₂SO₄═BaSO₄↓+2H₂O．

点评 本题是考查中和反应过程中溶液pH的变化情况的，我们要知道向酸中加碱和向碱中加酸时，溶液pH的变化趋向．明确不同指示剂的变色范围．