Question

17．实验室有一瓶长期放置的氢氧化钠固体，某兴趣小组同学欲对该固体变质情况进行探究．
Ⅰ固体的成分分析
【提出问题】该瓶氢氧化钠固体是否变质，变质情况如何？
【查阅资料】①氢氧化钠在空气中容易变质但不会转化为NaHCO₃；
②CaCl₂溶液的pH=7，碳酸钠溶液的pH?7
③CaCl₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaCl
Ca（OH）₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaOH
④碱石灰是CaO和NaOH的混合物
【提出猜想】猜想Ⅰ：固体未变质
猜想Ⅱ：固体全部变质
猜想Ⅲ：固体部分变质
【原因分析】氢氧化钠在空气中变质的原因是2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O（用化学方程式表示）．
【进行实验】小聪同学取少量样品于烧杯中，用足量水溶解，再向溶液中滴入几滴酚酞试液，溶液变红，由此他得出猜想Ⅰ正确，但其他同学很快予以否定，否定的理由是碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液都显碱性，都能使酚酞试液变红色，为了进一步得出结论，组内其他三位同学分别取小聪实验后的溶液于试管中，进行如下表所示实验．

同学	小红	小美	小伍
实验操作	加入适量氢氧化钙溶液	加入过量氯化钙溶液	加入过量稀硫酸

【实验结论】小红、小美的实验中都观察到有白色沉淀生成且溶液仍是红色，于是他们都得出猜想Ⅲ正确．
【反思评价】（一）老师指出，仅凭小红的实验操作和现象无法确定猜想Ⅲ正确，理由是碳酸钠和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，产生的氢氧化钠干扰对样品中氢氧化钠的检验．
（二）根据小美的结论推测小伍实验现象是开始无明显现象，一会儿后产生气泡，溶液由红色逐渐变成无色．
Ⅱ固体中各成分含量
【提出问题】如何测定变质的氢氧化钠固体中碳酸钠的质量分数？
【进行实验】化学小组同学设计了如下实验装置．

①小明同学认为通过测定装置 I中反应前后B的质量差，再通过相应计算，就可测定Na₂CO₃的纯度，小组内同学通过讨论认为不可以，其理由可能是浓盐酸易挥发，挥发出的氯化氢气体也被装置B吸收了；
②小刚同学在大家讨论的基础上，设计了装置II．请分析：装置II中A的作用吸收空气中的二氧化碳和水蒸气；若无装置C，对测定结果造成的影响是偏大（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）；
【实验结论】称取10g样品于圆底烧瓶中，实验结束后，测得装置D增重2.2g，请你计算出样品中Na₂CO₃质量分数．（写出计算过程）
【反思评价】①联想到空气中有CO₂，所以实验室中的氢氧化钠应密封保存．
②若将上述5g氢氧化钠固体全部溶解在45g水中，得到的溶液中氢氧化钠质量分数小于10%（填“大于”、“小于”或“等于”）．

Answer 1

分析 Ⅰ固体的成分分析
氢氧化钠能和空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水；
碳酸钠溶液和氢氧化钠溶液都是显碱性的溶液，都能使酚酞试液变红色；
碳酸钠能和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠；
氢氧化钠和稀硫酸反应生成硫酸钠和水，碳酸钠和稀硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳；
Ⅱ固体中各成分含量
浓盐酸易挥发，盐酸能和氢氧化钠反应生成氯化钠和水；
碱石灰能够吸收水蒸气和二氧化碳；
浓硫酸能够吸收水蒸气；
称取10g样品于圆底烧瓶中，实验结束后，测得装置D增重2.2g，说明反应生成了2.2g的二氧化碳．

解答 解：Ⅰ固体的成分分析
【原因分析】氢氧化钠在空气中变质的原因是氢氧化钠能和空气中的二氧化碳反应生成碳酸钠和水，反应的化学方程式为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．
故填：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．
【进行实验】他得出猜想Ⅰ正确，但其他同学很快予以否定，否定的理由是碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液都显碱性，都能使酚酞试液变红色，因此无论氢氧化钠是否变质，溶液都能使酚酞试液变红色．
故填：碳酸钠溶液、氢氧化钠溶液都显碱性，都能使酚酞试液变红色．
【反思评价】（一）老师指出，仅凭小红的实验操作和现象无法确定猜想Ⅲ正确，理由是：碳酸钠和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，产生的氢氧化钠干扰对样品中氢氧化钠的检验．
故填：碳酸钠和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和氢氧化钠，产生的氢氧化钠干扰对样品中氢氧化钠的检验．
（二）小美的实验中都观察到有白色沉淀生成且溶液仍是红色，说明氢氧化钠部分变质，即样品中含有氢氧化钠和碳酸钠，加入过量稀硫酸时，稀硫酸先和氢氧化钠反应，后和碳酸钠反应，因此小伍实验现象是开始无明显现象，一会儿后产生气泡，溶液由红色逐渐变成无色．
故填：开始无明显现象，一会儿后产生气泡，溶液由红色逐渐变成无色．
Ⅱ固体中各成分含量
【进行实验】化学小组同学设计了如下实验装置．
①小组内同学通过讨论认为不可以，其理由可能是：浓盐酸易挥发，挥发出的氯化氢气体也被装置B吸收了．
故填：浓盐酸易挥发，挥发出的氯化氢气体也被装置B吸收了．
②装置II中A的作用是吸收空气中的二氧化碳和水蒸气；
若无装置C，水蒸气会进入D装置中，导致测定的二氧化碳质量偏大，进一步导致测定结果偏大．
故填：吸收空气中的二氧化碳和水蒸气；偏大．
【实验结论】设10g样品中碳酸钠的质量为x，
Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
106                                          44
x                                           2.2g
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{2.2g}$，
x=5.3g，
样品中碳酸钠质量分数为：$\frac{5.3g}{10g}$×100%=53%，
答：样品中碳酸钠质量分数为53%．
【反思评价】①联想到空气中有CO₂，为了防止氢氧化钠和二氧化碳反应，实验室中的氢氧化钠应密封保存．
故填：密封．
②若将上述5g氢氧化钠固体全部溶解在45g水中，由于固体中含有碳酸钠，因此氢氧化钠的质量小于5g，得到的溶液中氢氧化钠质量分数小于10%．
故填：小于．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．