Question

15．己知CO₂与碱溶液发生反应时，依次发生如下离子反应：
CO₂+2OH^-→CO₃^2-+H₂O    CO₂+CO₃^2-+H₂O→2HCO₃^-
（1）向含0.01mol氢氧化钙的石灰水中通入CO₂，得到0.4g白色沉淀，则通入CO₂的物质的量为0.004mol或0.016molmol．
（2）现有NaOH和Ba（OH）₂混合溶液100mL，已知该溶液中c（OH^-）=1mol/L，向溶液中缓缓通入CO₂气体（溶液体积变化忽略不计）．
①当至少通入CO₂气体体积为0.56L（标准状态）时生成的沉淀最多，则原溶液中氢氧化钠和氢氧化钡的物质的量浓度各为多少？
②当通入的CO₂气体总体积为2.24L（标准状态）时，溶液中阴离子（OH^-除外）的物质的量浓度是多少？

Answer 1

分析 （1）0.4g白色沉淀为碳酸钙，其物质的量为0.004mol，当二氧化碳不足时，根据C原子守恒可知二氧化碳的物质的量为0.004mol，当二氧化碳部分过量时，氢氧化钙完全反应，其中生成了0.004mol碳酸钙和0.006mol碳酸氢钙，结合反应方程式计算出消耗二氧化碳的总物质的量；
（2）①根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出二氧化碳的物质的量，氢氧化钡优先反应，再根据反应CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O计算出消耗氢氧化钡的物质的量，然后根据c=$\frac{n}{V}$计算出氢氧化钡的物质的量及氢氧化钡中氢氧根离子浓度，最后根据氢氧根离子总浓度计算出氢氧化钠的浓度；
②根据n=$\frac{V}{{V}_{m}}$计算出二氧化碳的物质的量，结合氢氧根离子浓度偏低反应产物，最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出计算出溶液中阴离子（OH^-除外）的物质的量浓度．

解答 解：（1）0.4g白色沉淀为碳酸钙，其物质的量为：$\frac{0.4g}{100g/mol}$=0.004mol，存在两种情况：二氧化碳不足和部分过量，
当二氧化碳完全转化成碳酸钙时，根据C原子守恒，生成沉淀时消耗的二氧化碳的物质的量为0.004mol；
当二氧化碳部分过量，则0.01mol氢氧化钙完全反应，反应产物为0.004mol碳酸钙和0.006mol碳酸氢钙，根据C原子守恒可知消耗二氧化碳的总物质的量为：0.004mol+0.006mol×2=0.016mol，
故答案为：0.004mol；0.016mol；
（2）①0.56L （标准状态）二氧化碳的物质的量为：$\frac{0.56L}{22.4L/mol}$=0.025mol，通入二氧化碳后先发生反应CO₂+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+H₂O，当生成沉淀达到最大时通入二氧化碳的物质的量为0.025mol，则氢氧化钡的物质的量为0.025mol，浓度为：$\frac{0.025mol}{0.1L}$=0.25mol/L；
0.25mol/L的氢氧化钡溶液中含有氢氧根离子的浓度为：0.5mol/L，则氢氧化钠溶液的浓度为：1mol/L-0.5mol/L=0.5mol/L，
答：原溶液中氢氧化钠和氢氧化钡的物质的量浓度分别为0.05mol/L、0.25mol/L；
②当通入的CO₂气体总体积为2.24L （标准状态）时，二氧化碳的物质的量为：$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，100mL 1mol/L的氢氧根离子的物质的量为：1mol/L×0.1L=0.1mol，n（C0₂）：n（OH^-）=0.1mol：0.1mol=1：1，则氢氧根离子与二氧化碳恰好反应生成碳酸氢根离子，其物质的量为0.1mol，
则反应后的溶液中碳酸氢根离子的浓度为：$\frac{0.1mol}{0.1L}$=1mol/L，
答：溶液中阴离子HCO₃^-的物质的量浓度为1mol/L．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度中等，明确发生反应的实质为解答关键，注意熟练掌握物质的量与摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等之间的关系，试题培养了学生的化学计算能力．