Question

15．欲测定某氢氧化钠样品中可能的变质成分碳酸钠的含量，张同学取该样品少量放于烧杯中，向其中慢慢滴加10%的稀盐酸，所加盐酸与产生气体的质量关系图如下：
（1）求反应完毕后产生二氧化碳的质量？
（2）原固体中氢氧化钠的质量分数是多少？（结果保留一位小数）

Answer 1

分析 根据图象可知，无气体放出段消耗的盐酸的质量为36.5g，大于有气体放出段所消耗的盐酸的质量7.3g，故可知样品为NaOH和Na₂CO₃的混合物．且稀盐酸先和氢氧化钠反应，再和Na₂CO₃反应生成NaHCO₃，此过程无气体放出，共消耗盐酸36.5g；然后盐酸和NaHCO₃反应生成CO₂气体，此过程消耗盐酸7.3g．根据NaHCO₃消耗的稀盐酸的质量，即可求出生成CO₂的物质的量和质量以及NaHCO₃的物质的量，而Na₂CO₃的物质的量等于NaHCO₃的物质的量，即可求出样品中Na₂CO₃的质量，然后结合NaOH和Na₂CO₃的混合物反应至有恰好气体放出时共消耗盐酸36.5g，即可求出样品中NaOH的物质的量和质量，从而能求出样品中氢氧化钠的质量分数．

解答 解：根据图象可知，在消耗盐酸0-36.5g段内发生的反应为：NaOH+HCl=NaCl+H₂O，Na₂CO₃+HCl=NaCl+NaHCO₃．
消耗盐酸36.5g-43.8g段内发生的反应为：NaHCO₃++HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O．
设样品中的NaOH的物质的量为xmol，Na₂CO₃的物质的量为ymol．
（1）在生成二氧化碳过程中消耗的盐酸的质量为43.8g-36.5g=7.3g，由于盐酸的质量分数为10%，故盐酸溶液中含有的n（HCl）=$\frac{7.3g×10%}{36.5g/mol}$=0.02mol．由于Na₂CO₃的物质的量为ymol，则经过反应Na₂CO₃+HCl=NaCl+NaHCO₃生成的NaHCO₃的物质的量也为ymol．设生成的二氧化碳的物质的量为zmol．则有：
根据反应可知：NaHCO₃++HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O
              1       1        1
             ymol    0.02mol   zmol 
故可知：$\frac{1}{y}=\frac{1}{0.02}=\frac{1}{z}$
解得y=0.02mol，z=0.02mol．
故生成的二氧化碳的质量m=nM=0.02mol×44g/mol=0.88g．
答：生成的二氧化碳的质量为0.88g．
（2）由于y=0.02mol，即样品中的Na₂CO₃的物质的量为0.02mol，消耗盐酸0-36.5g段内消耗的盐酸的质量为36.5g，含有的HCl的物质的量n（HCl）=$\frac{36.5g×10%}{36.6g/mol}$=0.1mol．由于消耗盐酸0-36.5g段内发生的反应为：NaOH+HCl=NaCl+H₂O，Na₂CO₃ +HCl=NaCl+NaHCO₃．
                                             1     1                     1     1
                                            xmol  xmol               0.02mol  0.02mol

故可知消耗的盐酸的物质的量n（HCl）=0.1mol=xmol+0.02mol
解得x=0.08mol．
即样品中m（NaOH）=nM=0.08mol×40g/mol=3.2g．
而样品中Na₂CO₃的物质的量为0.02mol，质量为m（Na₂CO₃）=2.12g．
故样品中NaOH的质量分数=$\frac{3.2g}{3.2g+2.12g}×100%$=61.3%．
答：样品中氢氧化钠的质量分数为61.3%．

点评 本题难度不是很大，主要考查了质量守恒定律的应用和根据化学方程式的计算，培养学生分析问题的能力和解决问题的能力．