Question

20．NaHCO₃在潮湿的空气中会缓慢分解，Na₂CO₃会吸收空气中的水分：
Na₂CO₃+nH₂O=Na₂CO₃•nH₂O（n为平均值，n≤10）．取没有妥善保管已部分变质的NaHCO₃样品A18.32g，溶于水配成溶液，慢慢滴入稀盐酸并不停地搅拌，加入盐酸的体积与生成的CO₂的体积（标准状况）如下表．（不计溶于水的CO₂气体）

盐酸体积（mL）	5	15	20	50	x	120	150
生成CO2体积（mL）	0	224	448	1792	4480	4480	4480

试求：
（1）当加入盐酸后，生成CO₂体积不再增加时，x的最小值为110．
（2）未变质前NaHCO₃的质量．
（3）部分变质后样品A中的成分及各成分的物质的量．

Answer 1

分析 （1）15mL～20mL盐酸发生NaHCO₃+HCl═NaCl+CO₂↑+H₂O，设HCl的物质的量为n，据此可计算出该盐酸的浓度；由表中的数据结合碳原子守恒可知溶液中：n（CO₃^2-）+n（HCO₃^-）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，用于将CO₃^2-转变为HCO₃^-的HCl的物质的量为15×10^-3L×2.0mol/L-$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$mol=0.02mol，则混合物中碳酸钠的物质的量为0.02mol，故n（NaHCO₃）=0.2mol-0.02mol=0.18mol，
n（H₂O）=$\frac{18.32g-106g/mol×0.02mol-84g/mol×0.018mol}{18g/mol}$=0.06mol，则n=$\frac{0.06mol}{0.02mol}$=3，
即样品A中含有0.18molNaHCO₃，0.02molNa₂CO₃•3H₂O，
由反应结束时n（Na）=n（Cl）可知，最小消耗的HCl的物质的量为：0.02mol×2+0.18mol=0.22mol，再根据V=$\frac{n}{c}$计算出x的最小值；
（2）根据钠离子守恒可知，没有变质前碳酸氢钠的物质的量为：0.02mol×2+0.18mol=0.22mol，再根据m=nM计算出碳酸氢钠的质量；
（3）由（1）的计算可知部分变质后样品A中的成分及各成分的物质的量．

解答 解：（1）15mL～20mL盐酸发生NaHCO₃+HCl═NaCl+CO₂↑+H₂O，设HCl的物质的量为n，则
NaHCO₃+HCl═NaCl+CO₂↑+H₂O
        1         1
        n   $\frac{0.448L-0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
解答得n=0.01mol，
则稀盐酸的浓度为：$\frac{0.01mol}{0.005L}$=2.0mol/L，
由表中的数据结合碳原子守恒可知溶液中：n（CO₃^2-）+n（HCO₃^-）=$\frac{4.48L}{22.4L/mol}$=0.2mol，
用于将CO₃^2-转变为HCO₃^-的HCl的物质的量为15×10^-3L×2.0mol/L-$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$mol=0.02mol，则混合物中碳酸钠的物质的量为0.02mol，
故n（NaHCO₃）=0.2mol-0.02mol=0.18mol，
n（H₂O）=$\frac{18.32g-106g/mol×0.02mol-84g/mol×0.018mol}{18g/mol}$=0.06mol，
则n=$\frac{0.06mol}{0.02mol}$=3，
即样品A中含有0.18molNaHCO₃，0.02molNa₂CO₃•3H₂O，
由反应结束时n（Na）=n（Cl）可知，最小消耗的HCl的物质的量为：0.02mol×2+0.18mol=0.22mol，
则x=$\frac{0.22mol}{2mol/L}$=0.11L=110mL，
故答案为：110；
（2）根据钠离子守恒可知，没有变质前碳酸氢钠的物质的量为：0.02mol×2+0.18mol=0.22mol，其质量为：0.22mol×84g/mol=18.48g，
答：未变质前NaHCO₃的质量是18.48g；
（3）由（1）的计算可知，样品A中含有0.18molNaHCO₃，0.02molNa₂CO₃•3H₂O，
答：分变质后样品A中的成分及各成分的物质的量为0.18molNaHCO₃，0.02molNa₂CO₃•3H₂O．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，结合表中数据正确判断发生反应实质为解答关键，注意熟练掌握物质的量与摩尔质量、物质的量浓度等之间的关系，试题充分考查了学生的分析能力及化学计算能力．