Question

3．某天然碱（纯净物）可看作由CO₂和NaOH反应后的产物所组成．称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO₂的体积（标准状况）如表：

	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
盐酸液的体积（mL）	30	30	30	30
样品（g）	3.32	4.15	5.81	7.47
二氧化碳的体积（mL）	672	840	896	672

（1）由第Ⅰ组数据中的CO₂体积与样品质量之比，可以推测用2.49g样品进行同样的实验时，产生CO₂504mL（标准状况）．
（2）另取3.32g天然碱样品于300℃加热分解至完全（300℃时Na₂CO₃不分解），产生CO₂112mL（标准状况）和水0.45g，计算并确定该天然碱的化学式．
（3）已知Na₂CO₃和HCl（aq）的反应分下列两步进行：
Na₂CO₃+HCl→NaCl+NaHCO₃     Na₂CO₃+HCl→NaCl+CO₂↑+H₂O
由上表中第Ⅳ组数据可以确定所用的HCl（aq）的浓度为2.5mol/L．
（4）依据表所列数据以及天然碱的化学式，讨论并确定上述实验中CO₂（标准状况）体积V（mL）与样品质量W（g）之间的关系式．

Answer 1

分析 （1）由图表可知，二氧化碳的最大体积是896mL，即0.04mol，此时根据碳元素守恒，碳酸钠的质量是4.24g，当m（样品）≤4.24g时，样品质量与CO₂体积成正比；
（2）3.32g样品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
n（H₂O）=$\frac{0.45g-0.005mol×18g/mol}{18g/mol}$=0.02mol．
由碳元素守恒得：
n（Na₂CO₃）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$-0.01mol=0.02mol，
结合物质的量比确定化学式；
（3）结合IV数据计算n（HCl），结合c=$\frac{n}{V}$计算；
（4）当生成二氧化碳的体积是0时，碳元素全部转化为碳酸氢钠，此时质量是3.36g，当4.24g≤m（样品）≤3.36g时，30mL盐酸全部参加反应．其中m（样品）=2.24g时，样品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（样品）=3.36g时，样品中Na₂CO₃恰好生成NaHCO₃．

解答 解：（1）二氧化碳的最大体积是896mL，即0.04mol，根据碳元素守恒，此时只有碳酸钠，其质量是4.24g，m（样品）≤4.24g时，样品质量与CO₂体积成正比．
设2.49g样品反应生成CO₂的体积为V，
则$\frac{2.49}{V}$=$\frac{3.32g}{672mL}$，解得V=504mL，
故答案为：504；
（2）3.32g样品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
n（H₂O）=$\frac{0.45g-0.005mol×18g/mol}{18g/mol}$=0.02mol．
由碳元素守恒得：
n（Na₂CO₃）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$-0.01mol=0.02mol，
则n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.02mol：0.01mol：0.02mol=2：1：2．
故该天然碱的组成为：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O，
答：该天然碱的组成为：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O；
（3）根据表中的数据知道，30mL HCl（aq）中所含HCl物质的量=$\frac{7.47g}{332g/mol}$×2+$\frac{672}{22400}$mol=0.075mol，所以盐酸浓度c（HCl）=$\frac{0.075mol}{0.03L}$=2.5mol/L，
故答案为：2.5；
（4）和30mLHCl（aq）完全反应的样品的质量：$\frac{0.075mol}{5}$×332g/mol=4.98g，样品中Na₂CO₃和盐酸反应完全生成NaHCO₃时（没有CO₂放出时），样品质量：$\frac{0.075mol}{2}$×332g/mol=12.45g，
当0＜W＜4.98时，V（CO₂）=202.4W（mL），当4.98≤W≤12.45时，V（CO₂）=1680-134.9W（mL），当W≥12.45，时，V（CO₂）=0，
答：上述实验中CO₂（标准状况）体积V（mL）与样品质量W（g）之间的关系式为：0＜W＜4.98时，V（CO₂）=202.4W（mL），当4.98≤W≤12.45时，V（CO₂）=1680-134.9W（mL），当W≥12.45，时，V（CO₂）=0．

点评 本题考查测定物质含量的计算，为高频考点，把握物质的性质、发生的反应及物质的量关系为解答的关键，侧重分析与计算能力的考查，注意表格数据的分析与应用，题目难度较大．