Question

某�；瘜W研究性學習小組的同學對一包因敞口放置已部分變質(zhì)的氫氧化鈉產(chǎn)生了興趣，想通過實驗測定其中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)，請參與他們的探究過程．
提出問題：樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)是多少？
知識準備：
（1）氫氧化鈉不能敞口放置的原因是：①

 

：②

 

．
（2）判斷氫氧化鈉是否變質(zhì)的方法之一是向樣品中加鹽酸，反應的化學方程式是：

 

、

 

．
（3）判斷氫氧化鈉是否變質(zhì)的另一種方法是將樣品溶于水，再向樣品中加澄清石灰水，看是否變渾濁，反應的化學方程式是：

 

．
（4）向氫氧化鈉和碳酸鈉混合物中加入鹽酸時，鹽酸先與氫氧化鈉反應，再與碳酸鈉反應；
設(shè)計方案：
甲組同學：稱取16.40g樣品，放入足量的鹽酸直到反應停止，共收集到4.40g二氧化碳．（設(shè)計思路：根據(jù)樣品與鹽酸反應生成二氧化碳的質(zhì)量求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．）
乙組同學：稱取16.40g樣品，加水配成溶液，向溶液中加入過量的澄清石灰水．過濾、洗滌、干燥，共得到白色沉淀10.00g．（設(shè)計思路：根據(jù)樣品與石灰水反應生成沉淀碳酸鈣的質(zhì)量，先求出碳酸鈉的質(zhì)量，再計算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)．）
解決問題：
（1）乙組同學判斷石灰水是否過量的方法是

 

；
（2）根據(jù)兩組同學的實驗結(jié)果，請你幫助他們計算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量分數(shù)：

 

．
交流與反思：
在交流時，老師問同學們“能否用上述實驗所得的數(shù)據(jù)計算出樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分數(shù)”，甲乙兩組的同學都一致認為可以．但小明思考后，覺得甲、乙兩種方案都不妥，理由是：

 

；
小明又重新設(shè)計新方案：
設(shè)計方案：
先用電子秤準確稱取16.40g變質(zhì)的NaOH樣品放入錐形瓶中，用電子秤秤得錐形瓶及樣品的總質(zhì)量為51.40g，再把175.00g 7.3%稀鹽酸平均分成7份依次加入樣品中，每次充分反應用電子秤秤得錐形瓶及所盛物質(zhì)的質(zhì)量，實驗數(shù)據(jù)記錄如下：

加入鹽酸的次數(shù)	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次	第六次	第七次
錐形瓶及所盛物質(zhì)的總質(zhì)量	76.40	101.40	126.40	151.40	174.20	197.00	222.00

解決問題：
請根據(jù)上述實驗數(shù)據(jù)，計算樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分數(shù)為

 

．（不要求寫計算過程）

Answer 1

分析：氫氧化鈉放置在空氣中易吸水而潮解，且有腐蝕性，因此在稱量此類藥品時應使用小燒杯，又因為是強堿，能與酸性物質(zhì)或氣體發(fā)生反應而變質(zhì)，因此應密封保存．檢驗雜質(zhì)實際就是檢驗碳酸根離子，對于碳酸根離子的檢驗一可用鹽酸，能夠生成使澄清的石灰水變渾濁的氣體，第二種方法可以用氫氧化鈣溶液，因反應生成難溶性碳酸鈣，因此會有白色沉淀產(chǎn)生．雜質(zhì)中某種物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)則可用

某物質(zhì)的質(zhì)量

樣品的質(zhì)量

×100%求得．

解答：解：（1）氫氧化鈉放置在空氣中易吸水而潮解，因為是強堿，所以能與酸性物質(zhì)或氣體發(fā)生反應而變質(zhì)，如空氣中的二氧化碳，因此應密封保存．故答案為：①防止氫氧化鈉吸水而潮解；②防止氫氧化鈉吸收二氧化碳而變質(zhì)．
（2）氫氧化鈉能與空氣中的二氧化碳發(fā)生反應生成碳酸鈉，因為變質(zhì)產(chǎn)物中含有碳酸根離子，因此檢驗是否發(fā)生變質(zhì)時就是檢驗碳酸根離子的存在，因此可采用滴加鹽酸試劑的方法，若變質(zhì)則有氣泡產(chǎn)生．因為是在堿性溶液中，酸和堿同時要發(fā)生中和反應，因此答案為：NaOH+HCl═NaCl+H₂O，Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（3）檢驗碳酸根離子存在的方法除上述之外，還可能滴加氫氧化鈣溶液的方法，因為碳酸根離子能與鈣離子反應生成難溶的碳酸鈣而出現(xiàn)白色沉淀．所以答案為：Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH．
（4）（1）鈣離子的檢驗同樣可以用含碳酸根離子的溶液，如碳酸鈉來進行檢驗．因此本題答案為：靜置后，取上層清液滴加碳酸鈉溶液，看是否變渾濁；
（2）設(shè)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量為x，
Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH
106              100
x                10.00g
解得x=10.60g
所以：

10.60g

16.40g

×100%=64.6%，所以答案為：64.6%．
并把生成的氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁．
因為樣品中有水，無法測出樣品的氫氧化鈉的質(zhì)量，所以以上數(shù)據(jù)不能計算出樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分數(shù)，所以答案為：樣品中有水，無法測出樣品的氫氧化鈉的質(zhì)量；
由（1）可知，在加入的鹽酸中，一部分與氫氧化鈉發(fā)生中和反應，另一部分與變質(zhì)的碳酸鈉反應，同時，生成了二氧化碳氣體，因此整個過程前后質(zhì)量的變化實際就是生成的二氧化碳的質(zhì)量，因此：（51.40g+175.00g）-222.0g=4.4g；
由第五次、第六次都是產(chǎn)生2.2g的質(zhì)量差可知本兩次都是加入的算完全反應，且對應的二氧化碳都是2.2g．所以前四次的酸都是與氫氧化鈉完全反應的．
設(shè)所用鹽酸的質(zhì)量分數(shù)為x．以第五次的數(shù)據(jù)求算鹽酸的質(zhì)量分數(shù)．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
      73              44
      25gx            2.2g

73

25gx

=

44

2.2g

x=14.6%．
這樣違背了給出的鹽酸的質(zhì)量分數(shù)7.3%的說明，所以在反應中，在生成二氧化碳之前，碳酸鈉和鹽酸的反應先生成碳酸氫鈉和氯化鈉，這樣導致不能前四次沒有氣體產(chǎn)生．Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl．但是消耗酸的總量與最終生成二氧化碳還是成正比的．
設(shè)碳酸鈉最終轉(zhuǎn)化為二氧化碳，整個過程消耗的鹽酸溶液的質(zhì)量為z．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
      73              44
      7.3%z            4.4g

73

7.3%z

=

44

4.4g

z=100g．
由于前四次的鹽酸中，和氫氧化鈉反應的只有100g-50g=50g．
設(shè)氫氧化鈉的質(zhì)量為y．
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40    36.5
y     50g×7.3%

40

36.5

=

y

50g×7.3%

y=4g（16.4g中另外的1.8g是水）
所以樣品中氫氧化鈉的質(zhì)量分數(shù)為：

4g

16.4g

×100%=24.4%．所以答案為24.4%．

點評：本題綜合考查了氫氧化鈉和碳酸鈉的性質(zhì)，樣品中某物質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)的計算，并會檢驗碳酸根的存在，綜合性較強．