Question

14．小鹏与小明做完酸、碱、盐相关性质实验后，很感兴趣地把稀硫酸、氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液混合一起，看到有大量气泡生成．他们对反应后溶液中溶质的成分很好奇，请你与他们一起进行探究．
【提出问题】反应后溶液中溶质的成分是什么？
【猜想假设】猜想①Na₂SO₄、Na₂CO₃； 猜想②Na₂SO₄、H₂SO₄； 猜想③Na₂SO₄；
猜想④Na₂SO₄、H₂SO₄、Na₂CO₃；猜想⑤Na₂SO₄、Na₂CO₃、NaOH．
上述猜想中，你认为不合理的是猜想④（填序号）．
【资料查询】Na₂SO₄溶液呈中性．
【实验探究】（1）小鹏取少量该溶液于试管中，向其中滴加无色酚酞，发现溶液颜色无变化，据此，他认为猜想③是正确的．你认为他的结论是不合理（填“正确”或“不正确”）的，理由是Na₂SO₄、H₂SO₄也不能使无色酚酞变色．
（2）小明向盛有少量氧化铜粉末的试管中加入适量该溶液，振荡，溶液变蓝．该反应的化学方程式是CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O．
【实验结论】根据上述实验探究，你认为猜想②（填序号）是正确的．
【总结与反思】工厂与实验室的酸性废水必须处理至中性再排放，这样做的意义是减少水的污染．（答一点即可）
【定量研究】取27g纯碱样品（由Na₂CO₃和NaCl组成），平均分成五份．将它们依次加入到盛有100g稀盐酸的锥形瓶中（锥形瓶的质量为60g）（如图），每次充分反应后都进行称量，得到的实验数据如表：

	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次
加入纯碱样品的质量/g	5.4	5.4	5.4	5.4	5.4
电子天平的示数/g	163.2	166.4	169.6	175	180.4

计算：
（1）第一次加入纯碱样品充分反应后，生成二氧化碳的质量．
（2）纯碱样品中碳酸钠的质量分数．（计算结果精确到0.1%）
（3）所用稀盐酸的质量分数．

Answer 1

分析 【猜想假设】根据碳酸钠和硫酸能反应，不能共存解答；
【实验探究】（1）根据硫酸钠溶液和硫酸溶液，不能使无色酚酞变色解答；
（2）根据稀硫酸的溶液显酸性，能和氧化铜反应，溶液变蓝，说明溶液中有硫酸并写出化学方程式；
【实验结论】根据碳酸钠的溶液显碱性，稀硫酸的溶液显酸性，滴加无色酚酞，发现溶液颜色无变化，排除①②，向盛有少量氧化铜粉末的试管中加入适量该溶液，振荡，溶液变蓝，排除⑤；
【拓展应用】根据酸与碱发生中和反应解答；
（1）根据质量守恒定律，由反应前后烧杯及所盛物质总质量的差，计算生成二氧化碳的质量；
（2）根据完全反应后所放出二氧化碳的质量，计算样品中碳酸钠的质量，由碳酸钠质量与样品质量比计算样品中碳酸钠质量分数进行解答；
（3）根据完全反应后所放出二氧化碳的质量，计算所用稀盐酸的质量即可进行解答．

解答 解：【猜想假设】稀硫酸、氢氧化钠溶液和碳酸钠溶液混合一起反应时，如果稀硫酸滴加过快，稀硫酸和碳酸钠反应，开始也会产生气泡，有二氧化碳生成，有可能没把氢氧化钠消耗完，稀硫酸已经没有了，故①合理；碳酸钠和硫酸能反应，不能共存，故④不合理；
【实验探究】（1）取少量该溶液于试管中，向其中滴加无色酚酞，发现溶液颜色无变化，说明溶液中无碳酸钠和氢氧化钠，故②③都符合，因此小鹏的结论是不合理，理由是②Na₂SO₄、H₂SO₄也不能使无色酚酞变色；
（2）向盛有少量氧化铜粉末的试管中加入适量该溶液，振荡，溶液变蓝．说明溶液中有硫酸，化学方程式为：CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
【实验结论】碳酸钠的溶液显碱性，稀硫酸的溶液显酸性，滴加无色酚酞，发现溶液颜色无变化，排除①⑤；向盛有少量氧化铜粉末的试管中加入适量该溶液，振荡，溶液变蓝，说明了溶液中含有硫酸，排除③．所以猜想②是正确的；
【拓展应用】实验室的酸性废水必须处理至中性再排放可以减少水的污染；
（1）根据质量守恒定律，第一次加入纯碱样品充分反应后，生成二氧化碳的质量=100g+60g+5.4g-163.2g=2.2g；
（2）第三次加入纯碱样品充分反应后与100g盐酸恰好完全反应，共生成二氧化碳的质量为：5.4g×3+100g+60g-169.6g=6.6g
设前三次样品中含有碳酸钠的质量为x，所用稀盐酸中溶质的质量为y．
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑
106     73             44
x       y              6.6g
$\frac{106}{x}=\frac{73}{y}=\frac{44}{6.6g}$
x=15.9g
y=10.95g
纯碱样品中碳酸钠的质量分数=$\frac{15.9g}{5.4g×3}$×100%≈98.1%；
（3）所用稀盐酸的质量分数=$\frac{10.95g}{100g}$×100%=10.95%．
故答案为：【猜想假设】④；
【实验探究】（1）不合理，②Na₂SO₄、H₂SO₄也不能使无色酚酞变色；
（2）CuO+H₂SO₄═CuSO₄+H₂O；
【实验结论】②；
【拓展应用】减少水的污染；
（1）第一次加入纯碱样品充分反应后，生成二氧化碳的质量是2.2g；
（2）纯碱样品中碳酸钠的质量分数约为98.1%；
（3）所用稀盐酸的质量分数是10.95%．

点评 本题主要考查化学实验方案的设计与评价，根据物质的性质和物质间的反应规律，学会运用猜想与事实验证的方法和技巧处理实验问题和利用化学方程式进行计算的能力．