Question

工業上“侯氏”制堿法制得的純堿產品中常含有少量的氯化鈉．某化學興趣小組對某純堿樣品進行下列探究活動．稱取11g樣品于燒杯中，加20.4g水將其溶解，然后逐滴加入一定質量分數的稀鹽酸并不斷振蕩，發現剛開始時并無氣泡，一段時間后才有氣泡產生，這引起了他們的好奇．查閱資料知道：首先發生的反應是：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，然后發生的反應是：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O．實驗過程中，測得加入稀鹽酸的質量和溶液總質量的關系如圖甲所示．請你解決下列問題：

（1）根據上述信息，請在圖乙坐標系中畫出實驗過程中產生CO₂的質量隨滴加鹽酸質量的變化曲線（不必計算具體數據）．
（2）計算樣品中NaCl和Na₂CO₃的質量比．
（3）計算實驗中恰好完全反應時所得溶液的溶質質量分數．

Answer 1

分析：（1）鹽酸首先與碳酸鈉反應，沒有二氧化碳產生，然后與碳酸氫鈉反應，生成二氧化碳的質量隨滴入鹽酸質量的增加而增加，當完全反應時，氣體不再生成；
（2）因為鹽酸與氯化鈉不反應，分析圖示數據可知，AB段表示鹽酸與碳酸鈉反應，BC段表示鹽酸與碳酸氫鈉反應．根據質量守恒定律，生成二氧化碳氣體的質量=反應前物質質量總和-反應后物質質量總和；根據化學方程式可知，完全反應的情況下，參與反應的碳酸鈉質量與生成的碳酸氫鈉質量成正比例，碳酸氫鈉質量與二氧化碳質量成正比例，由此推斷，碳酸鈉質量與二氧化碳質量成正比例，據此計算出碳酸鈉的質量；樣品質量-碳酸鈉質量=氯化鈉質量，進而得出樣品中NaCl和Na₂CO₃的質量比；
（3）分析題意可知，恰好完全反應時所得溶液的溶質是氯化鈉（包括樣品中的氯化鈉、碳酸鈉與鹽酸反應生成的氯化鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應生成的氯化鈉），然后根據溶質質量分數公式計算即可．

解答：解：根據質量守恒定律，生成二氧化碳氣體的質量=73g+11g+20.4g-100g=4.4g；
（1）如右圖：
（2）反應的化學方程式為：
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O
設樣品中Na₂CO₃的質量為x，
∴Na₂CO₃----CO₂
106       44
  x        4.4g
∴

106

44

=

x

4.4g

，
解之得：x=10.6g；
則樣品中NaCl和Na₂CO₃的質量比為：（11g-10.6g）：10.6g=2：53；
（3）①設碳酸鈉與鹽酸反應生成的氯化鈉的質量為y，
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
106              58.5
10.6g             y
∴

106

58.5

=

10.6g

y

，
解之得：y=5.85g；
②設碳酸氫鈉與鹽酸反應生成的氯化鈉質量為z，
NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O
          58.5  44
           z    4.4g
∴

58.5

44

=

z

4.4g

，
解之得：z=5.85g；
則恰好完全反應時所得溶液的溶質質量分數為：

5.85g+5.85g+11g-10.6g

100g

×100%=12.1%．
答：（2）樣品中NaCl和Na₂CO₃的質量比為2：53；
（3）恰好完全反應時所得溶液的溶質質量分數為12.1%．

點評：本題主要考查學生利用化學方程式和質量守恒定律進行計算的能力．本題所涉數據較多，學生需認真分析數量關系，找出數據之間的聯系，根據質量守恒定律，得出生成二氧化碳的質量，就可以順利答題．