Question

3．天然碱的组成可以用aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O（a、b、c为整数）表示．现有2种不同的天然碱样品，分别进行如下实验以确定其化学式．
（1）将质量为4.71g的样品A溶于水，逐滴滴加一定浓度的稀盐酸，产生气体的质量与加入盐酸的质量有下表所示关系：

盐酸质量/g	20	40	60	80
气体质量/g	0	0.44	1.32	1.98

[已知在盐酸不足时会发生反应：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl+H₂O]
（1）求盐酸的质量分数为及样品A的化学式
（2）将质量为62.0g的样品B平均分成两份，一份在300℃下充分灼烧（Na₂CO₃不分解），固体质量减
轻9.8g；另一份溶于水后加入足量的Ba（OH）₂溶液，得到白色沉淀59.1g．试求样品B的化学式（2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑）

Answer 1

分析 （1）根据完全反应时生成的二氧化碳的质量求算 对应的化学式；
（2）根据两个反应计算对应的碳酸钠和碳酸氢钠的质量和碳元素的质量，进而求算其化学式．

解答 解：
（1）加入盐酸从40到60g时二氧化碳增加为1.32g-0.44g=0.88g，而加入盐酸从60到80g时二氧化碳增加为1.98g-1.32g=0.66g，说明此时已经盐已经完全反应，而HCl可能有剩余．
由于4.71g盐对应了1.98g二氧化碳
则有aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O+（2a+b）HCl═（2a+b）NaCl+（a+b+c）H₂O+（a+b）CO₂↑
    106a+84b+18c                                                                                          44×（a+b）
      4.71g                                                                                                        1.98g
$\frac{106a+84b+18c}{44×（a+b）}$=$\frac{4.71g}{1.98g}$
整理可得6a+81c=93b，由于a、b、c为整数，所以最小的一组解为a=2，b=1，c=1．
即化学式为2Na₂CO₃•NaHCO₃•H₂O．
根据盐酸不足时会发生反应：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl+H₂O和对应的数据可知，第一个20g盐酸，是碳酸钠和盐酸反应，第二个20g前10g是和碳酸钠和盐酸反应，后10g是碳酸氢钠和盐酸反应生成了0.44g二氧化碳，所以才有40g到60g时的生成0.88g二氧化碳．
所以根据20盐酸和碳酸氢钠反应生成0.88g二氧化碳求算HCl的质量，进而求算其质量分数．
设20g盐酸中HCl的质量为x
HCl+NaHCO₃=NaCl+CO₂↑+H₂O
36.5                         44
x                            0.88g
$\frac{36.5}{44}$=$\frac{x}{0.88g}$
x=0.73g
盐酸的质量分数为$\frac{0.73g}{20g}$×100%=3.65%
（2）得到白色沉淀59.1g，即31.0g天然碱B对应的碳酸钡的质量为59.1g，所含碳元素的质量为59.1g×$\frac{12}{137+12+16×3}$×100%=3.6g．
而31.0g天然碱300℃下充分灼烧（Na₂CO₃不分解），固体质量减轻9.8g．
aNa₂CO₃•bNaHCO₃•cH₂O $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$（a+$\frac{b}{2}$）Na₂CO₃+$\frac{b+2C}{2}$H₂O+$\frac{b}{2}$CO₂↑
 106a+84b+18c                           （a+$\frac{b}{2}$）×106                    
31.0g                                            31.0g-9.8g=21.2g
$\frac{106a+84b+18c}{（a+\frac{b}{2}）×106}$=$\frac{31.0g}{21.2g}$
同时天然碱中碳元素的质量为31.0g×$\frac{12a+12c}{106a+84b+18c}$×100%=3.6g．
结合a、b、c为整数，a=1，b=2，c=2．
即天然碱B的化学式为Na₂CO₃•2NaHCO₃•2H₂O
答：（1）盐酸的质量分数为3.65%及样品A的化学式为2Na₂CO₃•NaHCO₃•H₂O；
（2）样品B的化学式为Na₂CO₃•2NaHCO₃•2H₂O．

点评 根据化学方程式计算时，第一要正确书写化学方程式，第二要使用正确的数据，第三计算过程要完整．