Question

4．有NaOH和NaHCO₃的混合物．（要求：计算结果均保留三位有效数字）
（1）取10.4g该混合物与足量的盐酸反应．若收集到气体V L（标准状况），则原混合物中NaOH的质量分数ω（NaOH）=$\frac{10.4-84×\frac{V}{22.4}}{10.4}$×100%．（只写表达式，可不化简）
（2）取10.4g该混合物与100mL1.00mol/L的盐酸充分反应后，若收集到气体1.12L（标准状况），则原混合物中：n （NaOH）=0.0500mol； m （NaHCO₃）=8.40g．
（3）设该混合物中n（NaOH）/n（NaHCO₃）=x，取该化合物10.4g于一容器内充分加热后，再排出气体，固体质量减少了m．试通过计算确定m的取值：
①x≥1时，m≤1.51g；
②x＜1时，m＞1.51g．

Answer 1

分析 （1）生成的气体为二氧化碳，根据碳原子守恒计算碳酸氢钠的物质的量，进而计算氢氧化钠的质量分数；
（2）全部为碳酸氢钠时消耗HCl最少，此时消耗n（HCl）=n（NaHCO₃）=$\frac{10.4g}{84g/mol}$=0.124mol＞0.1L×1.00mol/L=0.1mol，故HCl不足，HCl完全反应生成NaCl，由于生成二氧化碳，故NaOH完全反应，生成的二氧化碳为1.12L，根据碳原子守恒计算参加反应碳酸氢钠的物质的量，结合钠离子、氯离子守恒计算NaOH的物质的量，进而计算碳酸氢钠的质量；
（3）①当x=1时，发生反应：NaOH+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O，x＞1时NaOH有剩余，NaOH与NaHCO₃1：1恰好完全反应时，固体质量减小为最大值；
②x＜1时，发生反应：NaOH+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O、2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，NaOH与NaHCO₃1：1恰好完全反应时，固体质量减小为极小值．

解答 解：（1）生成的气体为二氧化碳，根据碳原子守恒：n（NaHCO₃）=n（CO₂）=$\frac{V}{22.4}$mol，则NaOH的质量为10.4g-$\frac{V}{22.4}$mol×84g/mol=（10.4-$\frac{V}{22.4}$×84）g，故NaOH的质量分数为$\frac{（10.4-\frac{V}{22.4}×84）g}{10.4g}$×100%=$\frac{10.4-84×\frac{V}{22.4}}{10.4}$×100%，
故答案为：$\frac{10.4-84×\frac{V}{22.4}}{10.4}$×100%；
（2）全部为碳酸氢钠时消耗HCl最少，此时消耗n（HCl）=n（NaHCO₃）=$\frac{10.4g}{84g/mol}$=0.124mol＞0.1L×1.00mol/L=0.1mol，故HCl不足，HCl完全反应生成NaCl，由于生成二氧化碳，故NaOH完全反应，生成的二氧化碳为$\frac{1.12L}{22.4L/mol}$=0.0500mol，根据碳原子守恒，参加反应碳酸氢钠的物质的量为0.0500mol，结合钠离子、氯离子守恒可知n（NaOH）=n（NaCl）-n_反应（NaHCO₃）=n（HCl）-n_反应（NaHCO₃）=0.1mol-0.05mol=0.0500mol，则m （NaHCO₃）=10.4g-0.05mol×40g/mol=8.40g，
故答案为：0.0500mol；8.40g；
（3）①当x=1时，发生反应：NaOH+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O，x＞1时NaOH有剩余，NaOH与NaHCO₃1：1恰好完全反应时，固体质量减小为最大值，则n（NaOH）=$\frac{10.4g}{40g/mol+84g/mol}$=$\frac{10.4}{124}$mol，故生成的水为=$\frac{10.4}{124}$mol×18g/mol=1.51g，故x≥1时，m≤1.15g，
故答案为：≤1.51g；
②x＜1时，发生反应：NaOH+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O、2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，NaOH与NaHCO₃1：1恰好完全反应时，固体质量减小为极小值，故x＜1时，m＞1.51g，
故答案为：＞1.51g．

点评 本题考查混合物计算、讨论计算等，侧重考查学生分析计算能力，（2）属于易错题目，关键是利用极限法判断盐酸不足，氢氧化钠完全反应．