Question

20．2份50mL同样的NaOH的溶液，分别向其中逐渐通入一定量的CO₂，得到甲和乙两种溶液，在甲和乙溶液中分别逐渐加入80mL1mol/LHCl的盐酸溶液，产生的二氧化碳气体（标准状况）与所加入盐酸的体积之间的关系如图所示的关系．

请通过计算回答以下问题：（写出必要的计算过程）
（1）甲溶液中的溶质是什么？其物质的量是多少？
（2）乙溶液中通入CO₂的体积为多少？
（3）若甲、乙溶液直接混合后，得到的溶液中溶质是什么，假设混合溶液的总体积为甲、乙溶液体积之和，得到的溶液中溶质的物质的量浓度是多少？

Answer 1

分析 （1）（甲）中从生成CO₂气体至体积达到最大消耗HCl体积为20mL，若二氧化碳与NaOH反应后溶液中不含NaHCO₃，由Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl可知，将CO₃^2-转化为HCO₃^-应消耗HCl为20mL，而图象中开始生成CO₂气体时消耗HCl体积为40mL，说明该阶段还发生反应NaOH+HCl=NaCl+H₂O，溶液中溶质为NaOH、Na₂CO₃，中和NaOH消耗HCl的体积为40mL-20mL=20mL，根据反应消耗盐酸的体积计算NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比；
（2）（乙）中生成CO₂气体至最大，消耗HCl为40mL，若二氧化碳与NaOH反应后溶液中不含NaHCO₃，由Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl可知，将CO₃^2-转化为HCO₃^-应消耗HCl为40mL，而图象中开始生成CO₂气体时消耗HCl体积为20mL，说明该阶段只发生Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，且二氧化碳与NaOH反应后溶液中含NaHCO₃、Na₂CO₃，根据反应生成二氧化碳时消耗盐酸体积计算出生成二氧化碳的物质的量，然后利用C原子守恒计算出乙溶液中通入CO₂的体积；
（3）根据（1）（2）计算出甲、乙溶液中溶质的物质的量，然后根据碳酸氢钠、氢氧化钠的物质的量判断反应产物；最后根据c=$\frac{n}{V}$计算出混合液中溶质的物质的量浓度．

解答 解：（1）（甲）中从生成CO₂气体至体积达到最大消耗HCl体积为20mL，若二氧化碳与NaOH反应后溶液中不含NaHCO₃，由Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl可知，将CO₃^2-转化为HCO₃^-应消耗HCl为20mL，而图象中开始生成CO₂气体时消耗HCl体积为40mL，说明该阶段还发生反应NaOH+HCl=NaCl+H₂O，溶液中溶质为NaOH、Na₂CO₃，中和NaOH消耗HCl的体积为40mL-20mL=20mL，
由方程式可知NaOH和Na₂CO₃的物质的量之比等于两个过程分别消耗盐酸的体积之比，故NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比=20mL：20mL=1：1，
答：甲溶液中溶质为NaOH、Na₂CO₃；NaOH、Na₂CO₃的物质的量之比为1：1；
（2）（乙）中生成CO₂气体至最大，消耗HCl为40mL，若二氧化碳与NaOH反应后溶液中不含NaHCO₃，由Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl可知，将CO₃^2-转化为HCO₃^-应消耗HCl为40mL，而图象中开始生成CO₂气体时消耗HCl体积为20mL，说明该阶段只发生Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，且二氧化碳与NaOH反应后溶液中含NaHCO₃、Na₂CO₃，
从20mL～60mL消耗40mL盐酸时生成的二氧化碳，该阶段生成二氧化碳为：0.04L×1mol/L=0.04mol，根据碳原子守恒，乙溶液中通入二氧化碳的物质的量为0.04mol，标准状况下该二氧化碳的体积为：0.04mol×22.4L/mol=0.896L=896mL，
答：乙溶液中通入二氧化碳气体在标准状况下的体积为896mL；
（3）根据（1）可知，甲溶液中含有NaOH、Na₂CO₃的物质的量为：n（NaOH）=n（Na₂CO₃）=1mol/L×0.02L=0.02mol；
根据（2）可知，乙溶液中含有碳酸钠的物质的量为：1mol/L×0.02L=0.02mol，根据C原子守恒可知含有NaHCO₃的物质的量为：0.04mol-0.02mol=0.02mol，
若甲、乙溶液直接混合，0.02molNaOH恰好与0.02molNaHCO₃反应生成0.02molNa₂CO₃，
所以反应后溶质为Na₂CO₃，总物质的量为：0.02mol+0.02mol+0.02mol=0.06mol，
混合液中碳酸钠的浓度为：c（Na₂CO₃）=$\frac{0.06mol}{0.05L+0.05L}$=0.6mol/L，
答：若甲、乙溶液直接混合后，得到的溶液中溶质是Na₂CO₃，假设混合溶液的总体积为甲、乙溶液体积之和，得到的溶液中溶质的物质的量浓度是0.6mol/L．

点评 本题考查了化学方程式的计算，题目难度中等，根据图象正确判断反应产物为解答关键，注意掌握物质的量与其它物理量之间的关系，试题培养了学生的化学计算能力．