Question

今有氫氧化鈉、碳酸氫鈉和與其他物質都不反應，受熱也不分解的雜質組成的固體混合物17.110g，放入密閉容器中加熱至250℃，經充分反應后，將容器中的氣體通入過量的澄清石灰水中得到白色沉淀2.500g；當容器中的殘留固體冷卻到室溫后，全部溶于水制成50.00ml溶液，從中取出10.00ml，恰好可與含HCl 1.825g的鹽酸溶液25.00毫升中和至中性，求原混合物中含雜質的質量分數?

Answer 1

2.98%

解析試題分析：氫氧化鈉、碳酸氫鈉放入密閉容器中加熱至250℃，氫氧化鈉與碳酸氫鈉反應生成碳酸鈉和水，過量的碳酸氫鈉分解生成碳酸鈉、水和二氧化碳；生成的二氧化碳與能澄清石灰水生成碳酸鈣沉淀，因此，利用沉淀碳酸鈣的質量可計算放出氣體二氧化碳的質量，再由二氧化碳的質量可計算出分解的碳酸氫鈉的質量及生成的碳酸鈉的質量；根據溶液的均一性，從50mL溶液取出10mL溶液時，溶液中溶質質量也為原溶質質量的五分之一；碳酸鈉溶液呈堿性，與鹽酸完全反應生成氯化鈉和水，溶液呈中性；利用反應消耗鹽酸的質量計算出加熱后殘留固體中碳酸鈉的質量，用其質量減去碳酸氫分解產生的碳酸鈉，所得碳酸鈉質量即為氫氧化鈉與碳酸氫鈉反應所生成碳酸鈉質量，由此計算混合物中氫氧化鈉與碳酸氫鈉的質量；最后使用混合物的質量減去氫氧化鈉和碳酸氫鈉的質量即可求得混合物中雜質質量，雜質質量與混合物質量比求出混合物中所含雜質的質量分數。
由題意可知NaHCO₃過量，NaOH與CO₂反應和NaOH與NaHCO₃直接反應所生成的Na₂CO₃總質量是不變的，取NaHCO₃計算更簡便，有關反應如下：   
NaOH+NaHCO₃=Na₂CO₃+H₂O            ①
2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑十H₂O↑        ②
CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O             ③
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑         ④
（1）設反應②分解的NaHCO₃質量為x，分解產生的Na₂CO₃質量為y，由②③有：
2NaHCO₃～Na₂CO₃～CaCO₃
168      106     100
x        y     2.500g
x== 4.200g      y== 2.650g
（2）殘留物全部中和至中性需HCl的質量為：×50.00毫升 = 9.125g
設殘留物中Na₂CO₃的總質量為z，由④有：  
Na₂CO₃～2HCl
106     73
z      9.125g
=            z=13.250g
反應④產生的Na₂CO₃質量為    13.250g—2.650g＝10.600g
10.600克Na₂CO₃是原混合物中的NaOH(設質量為a)和除發生分解反應之外的NaHCO₃(設質量為b)恰好反應生成的，它們的質量關系是：
NaOH～NaHCO₃～Na₂CO₃
40     84        106
a      b       10.600g
a＝4.00g， b＝8.400g
雜質的質量分數為×100% ≈ 2.98% 
答：略
考點：根據化學反應方程式的計算；酸的化學性質；碳酸鈉、碳酸氫鈉與碳酸鈣；質量守恒定律及其應用