Question

15．将CO₂通入NaOH溶液中，所得产物由于通入CO₂的物质的量的不同而不同．完成下列填空．
（1）250mL 1mol•L^-1的NaOH溶液最多可吸收CO₂5.6L（标准状况下）；
（2）向250mL 2mol•L^-1的NaOH溶液中通入一定量CO₂，溶液的质量增加4.4g，将所得溶液蒸干，计算所得固体中各成分的物质的量；
（3）将CO₂通入VL NaOH溶液中，若反应后CO₂和NaOH均无剩余，向所得溶液中加入过量的溶澄清石灰水，生成m₁g白色沉淀．
①根据以上数据，用代数式表示通入的CO₂体积V（CO₂）=0.224m₁ L（标准状况下）；
②根据以上数据，推算出该NaOH溶液的浓度范围：$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L≤c（NaOH）≤$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L；
③写出确定该NaOH溶液浓度的实验步骤，并用代数式表示NaOH溶液的浓度（设计实验方案时，只能用题中提供的CO₂和NaOH溶液，不得使用其他化学试剂）．
实验步骤：取VLNaOH溶液，缓缓向其中通入过量的CO₂，充分反应减压低温蒸发溶液，得固体NaHCO₃，称其质量为mg．

Answer 1

分析 （1）可能发生反应：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O、CO₂+NaOH═NaHCO₃，由方程式可知，完全反应生成碳酸氢钠时，吸收二氧化碳最多，根据n=cV计算NaOH的物质的量，根据方程式计算二氧化碳的物质的量，再根据V=nV_m计算二氧化碳体积；
（2）溶液增重4.4g为二氧化碳的质量，其物质的量为0.1mol，故n（CO₂）：（NaOH）=0.1mol：0.25L×2mol/L=1：5，小于1：2，故氢氧化钠有剩余，蒸发溶液得到的固体为碳酸钠、氢氧化钠，根据碳元素守恒计算碳酸钠的物质的量，根据钠元素守恒计算氢氧化钠的物质的量；
（3）①m₁ g白色沉淀为碳酸钙质量，根据碳原子计算n（CO₂），再根据V=nV_m计算其体积；
②CO₂和NaOH反应全部生成NaHCO₃时，NaOH的物质的量最小，全部生成Na₂CO₃时，NaOH的物质的量最大，据此解答；
③取VL NaOH溶液，缓缓向其中通入过量的CO₂，充分反应减压低温蒸发溶液，得固体NaHCO₃，称其质量为m g，根据n=$\frac{m}{M}$计算NaHCO₃的物质的量，根据钠离子守恒计算n（NaOH），进而计算NaOH的物质的量浓度．

解答 解：（1）可能发生反应：CO₂+2NaOH═Na₂CO₃+H₂O、CO₂+NaOH═NaHCO₃，由方程式可知，完全反应生成碳酸氢钠时，吸收二氧化碳最多，NaOH的物质的量=0.25L×1mol/L=0.25mol，故吸收二氧化碳的物质的量=0.25mol，二氧化碳的体积=0.25mol×22.4L/mol=5.6L，
故答案为：5.6；
（2）溶液增重4.4g为二氧化碳的质量，其物质的量=$\frac{4.4g}{44g/mol}$=0.1mol，故n（CO₂）：（NaOH）=0.1mol：0.25L×2mol/L=1：5，小于1：2，故氢氧化钠有剩余，蒸发溶液得到的固体为碳酸钠、氢氧化钠，根据碳元素守恒，碳酸钠的物质的量为0.1mol，
根据钠元素守恒，氢氧化钠的物质的量=0.25L×2mol/L-0.1mol×2=0.3mol，
答：所得固体中碳酸钠为0.1mol、氢氧化钠为0.3mol；
（3）①根据碳原子守恒得n（CO₂）=n（CaCO₃）=$\frac{{m}_{1}g}{100g/mol}$=$\frac{{m}_{1}}{100}$mol，V（CO₂）=$\frac{{m}_{1}}{100}$mol×22.4L/mol=0.224m₁ L，
故答案为：0.224m₁ L；
②当后应后的生成物只有NaHCO₃时，NaOH的物质的量最小，根据钠原子守恒得n（NaOH）=n（NaHCO₃）=$\frac{{m}_{1}}{100}$mol，c_最小（NaOH）=$\frac{\frac{{m}_{1}}{100}mol}{VL}$=$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L；
当反应后的生成物只有Na₂CO₃时，NaOH的物质的量最大，根据钠原子守恒得n（NaOH）=2n（Na₂CO₃）=0.02m₁  mol，c_最大（NaOH）=$\frac{0.02{m}_{1}mol}{V}$=$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L；
当反应后的生成物是Na₂CO₃和NaHCO₃时，消耗的NaOH在上述的二者之间，故$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L≤c（NaOH）≤$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L，
故答案为：$\frac{0.01{m}_{1}}{V}$mol/L≤c（NaOH）≤$\frac{0.02{m}_{1}}{V}$mol/L；
③方案为：取VLNaOH溶液，缓缓向其中通入过量的CO₂，充分反应减压低温蒸发溶液，得固体NaHCO₃，称其质量为mg，n（NaOH）=n（NaHCO₃）=$\frac{m}{84}$mol，故c（NaOH）=$\frac{\frac{m}{84}mol}{VL}$=$\frac{m}{84V}$ mol/L，
故答案为：取VLNaOH溶液，缓缓向其中通入过量的CO₂，充分反应减压低温蒸发溶液，得固体NaHCO₃，称其质量为mg；$\frac{m}{84V}$ mol/L．

点评 本题考查化学方程式的计算、实验方案设计，明确发生的化学反应，并学会利用极端假设、原子守恒来解答是解答本题的关键，难度中等．