Question

【題目】某化學興趣小組的同學們利用學校開放實驗室提供的稀鹽酸、氯化鈉溶液和酚酞溶液進行了如下圖所示的傳統實驗，成功探究出了久置氫氧化鈉固體的變質情況。

傳統實驗研究：

（1）圖中甲溶液最好選擇_____。（填“稀鹽酸”或“CaCl2溶液”）。（資料： CaCl2溶液顯中性）

（2）若圖中步驟II和步驟III出現：_____現象時，則說明氫氧化鈉固體部分變質。

（3）若圖中步驟II和步驟III出現：_____現象時，則說明氫氧化鈉固體完全變質。

（4）寫出步驟II中發生的化學反應方程式： _____。

但在反思的過程中，同學們對為何選用氫氧化鈉溶液及其用量的控制對檢驗變質程度的影響仍然比較困惑，在老師的指導下，興趣小組的同學們分別利用數字化實驗來解決他們的疑惑。

數字化實驗研究：1. 實驗儀器和藥品：儀器：數據采集器、pH傳感器、泵動式二氧化碳傳感器、電腦、磁力攪拌器、酸式滴定管、鐵架臺、彈簧夾。

藥品：NaOH部分變質的溶液樣品、碳酸鈉溶液（模擬氫氧化鈉完全變質后的溶液）、稀鹽酸、CaCl2溶液。

2.分組實驗

第一組實驗：實驗裝置如圖1所示，用酸式滴定管逐滴滴加稀鹽酸和泵動循環二氧化碳傳感器探究氫氧化鈉溶液的變質情況，形成的“時間-CO2”曲線圖（如圖3、圖4）。

（5）比較分析圖3和圖4：兩圖中的a點之前都尚未加入稀鹽酸，反應尚未開始，曲線沒有發生變化。圖3中，a點和b點之間平穩略有輕微上升，b點之后曲線開始明顯上升。說明a點到b點之間滴入的稀鹽酸主要與_____反應，體現_____優先原理；說明a點到b點略有輕微上升的原因：_____。圖4中a點開始滴加稀鹽酸，幾乎立即產生二氧化碳，說明氫氧化鈉_____（“部分”或“完全”）變質。

第一組同學的反思：在傳統實驗中，沒有使用酸式滴定管逐滴滴加稀鹽酸，且沒有靈敏數字傳感器的實驗條件下，選用稀鹽酸只能檢驗氫氧化鈉是否變質，很難判斷氫氧化鈉的變質成都。

第二組實驗：實驗裝置如圖2所示。用酸式滴定管逐滴滴加CaCl2溶液和PH傳感器探究氫氧化鈉溶液的變質情況，形成的“時間-pH”曲線圖（如圖5、圖6）

（6）同學們在實驗二中都加入課過量的CaCl2溶液，比較分析圖5和圖6：圖5中pH曲線的起止值，說明結束后，溶液是_____性，氫氧化鈉_____（“部分”或“完全”）變質。圖6中，溶液pH曲線逐漸下降至a點后pH=7，繼續滴加CaCl2溶液pH不變，說明原因：_____。

第二組同學的反思：在傳統實驗的步驟II中需要加入過量CaCl2溶液的目的是_____。

實驗反思：傳統實驗和現代數字化實驗是相輔相成的，可以互為補充。化學實驗教學要靠這兩條腿協調走路。

Answer 1

【答案】CaCl2溶液 步驟II中有白色沉淀生成且步驟III 中酚酞溶液變紅 II 中有白色沉淀生成且III 中酚酞溶液不變紅 NaOH 中和反應（或酸堿反應） 有（極）少的Na2CO3與稀鹽酸反應生成（極）少量的CO2氣體而略有上升 完全 堿 部分 NaOH完全變質成Na2CO3，Na2CO3被CaCl2 完全反應后，溶液呈中性 檢驗并全部除去Na2CO3，避免在步驟III 中對NaOH的檢驗產生干擾。（其他答案合理均可）

【解析】

（1）氫氧化鈉與空氣中的二氧化碳反應，變質生成碳酸鈉，由后面流程可知需要用無色酚酞檢驗是否有氫氧化鈉來判斷變質的程度，而加入稀鹽酸會消耗氫氧化鈉，氯化鈣不與氫氧化鈉反應，為了不影響后續檢測，故只能選擇氯化鈣溶液；

（2）要證明氫氧化鈉部分變質則有溶液A中既有氫氧化鈉也有碳酸鈉，當加入過量氯化鈣與碳酸鈉反應生成碳酸鈣的白色沉淀，將全部的碳酸鈉反應，此時再加無色酚酞溶液，溶液變紅則證明有氫氧化鈉，為部分變質，故填：步驟II中有白色沉淀生成且步驟III 中酚酞溶液變紅；

（3）要證明氫氧化鈉完全變質則有溶液A中只有碳酸鈉，當加入過量氯化鈣與碳酸鈉反應生成碳酸鈣的白色沉淀，將全部的碳酸鈉反應，溶液中只有氯化鈉，顯中性，此時再加無色酚酞溶液，溶液不變色，則證明無氫氧化鈉，為完全變質，故填：II 中有白色沉淀生成且III 中酚酞溶液不變紅；

（4）加入氯化鈣與碳酸鈉反應生成白色沉淀碳酸鈣和氯化鈉，該反應的化學方程式為：；

（5）第一組實驗是向溶液中加入稀鹽酸溶液，測生成二氧化碳來判定氫氧化鈉固體的變質程度，圖3最開始加入稀鹽酸沒有二氧化碳生成，隨著酸的加入量增多才有二氧化碳生成，說明溶液中有碳酸鈉存在，但開始加入稀鹽酸沒有與碳酸鈉反應，故只有與氫氧化鈉反應，氫氧化鈉屬于堿，故可得出當溶液同時存在堿和鹽都與酸的氫離子反應時，酸優先與堿反應，即中和反應優先原則；

但a到b有輕微上升說明有少量的二氧化碳生成，則為少量的碳酸鈉與稀鹽酸發生了反應；由前面分析圖4，剛加入稀鹽酸就有二氧化碳生成，說明稀鹽酸沒有被氫氧化鈉消耗，故全部為碳酸鈉，氫氧化鈉固體為全部變質。

（6）由圖5可知，反應后pH> 7，故溶液為堿性，，根據反應和圖像結合可知為部分變質，溶液中有顯堿性的氫氧化鈉；氯化鈣顯中性，NaOH完全變質成Na2CO3， Na2CO3被 CaCl2 完全反應后，溶液呈中性，故繼續滴加氯化鈣pH值不變；碳酸鈉溶液顯堿性，要檢驗是否有氫氧化鈉必須除去碳酸鈉，避免在步驟III 中對NaOH的檢驗產生干擾。