Question

2．某化学兴趣小组对二氧化碳与氢氧化钠反应后溶液中的溶质进行如下探究：向300mL 1mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO₂，充分反应后将溶液蒸发结晶，得到一定量的白色固体．
（1）该兴趣小组根据NaOH与CO₂的反应，认为该白色固体的组成可能有以下几种情况：NaOH和Na₂CO₃、只有Na₂CO₃、只有NaHCO₃、Na₂CO₃和NaHCO₃．
（2）当通入标准状况下CO₂的体积为2.24L时，该白色固体的组成为4 g NaOH和10.6 g Na₂CO₃（填写物质的化学式及对应质量）．
①请设计实验方案进行实验验证．限选实验试剂：1mol•L^-1 HCl溶液、1mol•L^-1MgCl₂溶液、0.5mol•L^-1 BaCl₂溶液、1mol•L^-1Ba（OH）₂溶液、甲基橙试液、酚酞试液．（步骤可不填满也可增加）

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：
步骤2：
步骤3：

②将该白色固体配成溶液，向溶液中滴加1mol•L^-1的盐酸．下列图象能正确表示加入盐酸的体积和生成CO₂的物质的量的关系的是C．

Answer 1

分析 （1）二氧化碳和氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，二氧化碳恰好反应得到碳酸钠溶液，二氧化碳不足溶液中溶质为碳酸钠和氢氧化钠，当二氧化碳过量时，碳酸钠也会与二氧化碳反应；
（2）①要验证NaOH和Na₂CO₃同时存在，根据题中所给试剂，要首先利用中性溶液BaCl₂检验出碳酸钠，并将碳酸根离子全部沉淀，再通过检验溶于的pH来确定是否含有NaOH；
②对NaOH和Na₂CO₃混合配成的溶液，当滴加盐酸时，先发生氢氧化钠与盐酸的中和反应，再发生碳酸钠与盐酸的反应生成碳酸氢钠和氯化钠，最后发生碳酸氢钠与盐酸反应才有二氧化碳气体生成，利用物质的量的关系并结合图象即可解答．

解答 解：（1）二氧化碳和氢氧化钠溶液反应生成碳酸钠和水，二氧化碳恰好反应得到碳酸钠溶液，二氧化碳不足溶液中溶质为碳酸钠和氢氧化钠，当二氧化碳过量时，碳酸钠也会与二氧化碳反应，Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃ ，可以得到溶液中的溶质为NaOH与CO₂反应可生成Na₂CO₃或NaHCO₃，或NaHCO₃，所以白色固体可能为NaOH和Na₂CO₃、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂CO₃ 和NaHCO₃，
故答案为：NaOH和Na₂CO₃、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂CO₃ 和NaHCO₃；
（2）向300mL 1mol/L的NaOH溶液中通入一定量CO₂，当通入标准状况下CO₂的体积为2.24L时，
n（CO₂）=$\frac{2.24L}{22.4L/mol}$=0.1mol，n（NaOH）=0.3L×1mol/L=0.3mol，
   CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O
    1      2     1
  0.1mol  0.2mol 0.1mol
此时氢氧化钠过量，得到溶液中Na₂CO₃质量=0.1×106g/mol=10.6g，NaOH的质量=（0.3mol-0.2mol）×40g/mol=4g，
①要验证NaOH和Na₂CO₃同时存在，根据题中所给试剂，要首先利用中性溶液BaCl₂检验出碳酸钠，并将碳酸根离子全部沉淀，再通过检验溶于的pH来确定是否含有NaOH，
步骤1：取少量白色固体于试管中，加适量水溶解，再加0.5moL•L^-1BaCl₂溶液至过量，产生白色沉淀，说明固体中含有Na₂CO₃；
步骤2：过滤，取少量滤液（或：静置，用胶头滴管取上层清液少许）于试管中，再向试管中滴加1～2滴酚酞试液，溶液变红色，说明固体中含有NaOH，
故答案为：4 g NaOH和10.6 g Na₂CO₃

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取少量白色固体于试管中，加足量水溶解，再加足量0.5 mol•L-1 BaCl2溶液	产生白色沉淀，说明白色固体中含有Na2CO3
步骤2：过滤，取2 mL滤液于试管中，再向试管中滴加酚酞试液	溶液变红色，说明白色固体中含有NaOH

②4g NaOH的物质的量为$\frac{4g}{40g/mol}$=0.1mol，10.6g Na₂C0₃的物质的量为$\frac{10.6g}{106g/mol}$=0.1mol，向NaOH和混合溶液中滴加1mol•L^-1的盐酸，先发生氢氧化钠与盐酸的中和反应，再发生碳酸钠与盐酸的反应生成碳酸氢钠和氯化钠，最后发生碳酸氢钠与盐酸反应才有二氧化碳气体生成，
A、加入0.1L盐酸，n（HCl）=0.1L×1mol/L=0.1mol，0.1mol盐酸与氢氧化钠反应没有气体生成，再加入0.1molHCl，与0.1mol碳酸钠恰好反应生成碳酸氢钠，也没有气体生成，则图象与实际不符，故A错误；
B、先发生氢氧化钠与盐酸的中和反应，图象中开始反应即有气体生成，与反应不符，故B错误；
C、向NaOH和Na₂CO₃混合溶液中滴加盐酸时，首先和NaOH反应生成水和氯化钠，当滴入0.1L时，两者恰好反应完全；继续滴加时，盐酸和Na₂CO₃开始反应，首先发生HCl+Na₂CO₃=NaHCO₃+NaCl，不放出气体，当再加入0.1L时，此步反应进行完全；继续滴加时，发生反应：NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，此时开始放出气体，再消耗0.1L盐酸，生成二氧化碳达最大，图象与实际相符合，故C正确；
D、因碳酸钠与盐酸的反应分步完成，则碳酸钠与盐酸先反应生成碳酸氢钠和氯化钠，此时没有气体生成，则图象与反应不符，故D错误；
故答案为：C．

点评 本题考查较为综合，以物质的制备实验为载体，综合考查实验的设计、物质的分离、提纯等知识，注意根据物质的性质设计实验方案，题目难度中等．