Question

某校化学研究性学习小组的同学对一包因敞口放置已部分变质的氢氧化钠产生了兴趣，想通过实验测定其中碳酸钠的质量分数，请参与他们的探究过程．
提出问题：样品中碳酸钠的质量分数是多少？
知识准备：
（1）氢氧化钠不能敞口放置的原因是：①

 

：②

 

．
（2）判断氢氧化钠是否变质的方法之一是向样品中加盐酸，反应的化学方程式是：

 

、

 

．
（3）判断氢氧化钠是否变质的另一种方法是将样品溶于水，再向样品中加澄清石灰水，看是否变浑浊，反应的化学方程式是：

 

．
（4）向氢氧化钠和碳酸钠混合物中加入盐酸时，盐酸先与氢氧化钠反应，再与碳酸钠反应；
设计方案：
甲组同学：称取16.40g样品，放入足量的盐酸直到反应停止，共收集到4.40g二氧化碳．（设计思路：根据样品与盐酸反应生成二氧化碳的质量求出碳酸钠的质量，再计算样品中碳酸钠的质量分数．）
乙组同学：称取16.40g样品，加水配成溶液，向溶液中加入过量的澄清石灰水．过滤、洗涤、干燥，共得到白色沉淀10.00g．（设计思路：根据样品与石灰水反应生成沉淀碳酸钙的质量，先求出碳酸钠的质量，再计算样品中碳酸钠的质量分数．）
解决问题：
（1）乙组同学判断石灰水是否过量的方法是

 

；
（2）根据两组同学的实验结果，请你帮助他们计算出样品中碳酸钠的质量分数：

 

．
交流与反思：
在交流时，老师问同学们“能否用上述实验所得的数据计算出样品中氢氧化钠的质量分数”，甲乙两组的同学都一致认为可以．但小明思考后，觉得甲、乙两种方案都不妥，理由是：

 

；
小明又重新设计新方案：
设计方案：
先用电子秤准确称取16.40g变质的NaOH样品放入锥形瓶中，用电子秤秤得锥形瓶及样品的总质量为51.40g，再把175.00g 7.3%稀盐酸平均分成7份依次加入样品中，每次充分反应用电子秤秤得锥形瓶及所盛物质的质量，实验数据记录如下：

加入盐酸的次数	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次	第六次	第七次
锥形瓶及所盛物质的总质量	76.40	101.40	126.40	151.40	174.20	197.00	222.00

解决问题：
请根据上述实验数据，计算样品中氢氧化钠的质量分数为

 

．（不要求写计算过程）

Answer 1

分析：氢氧化钠放置在空气中易吸水而潮解，且有腐蚀性，因此在称量此类药品时应使用小烧杯，又因为是强碱，能与酸性物质或气体发生反应而变质，因此应密封保存．检验杂质实际就是检验碳酸根离子，对于碳酸根离子的检验一可用盐酸，能够生成使澄清的石灰水变浑浊的气体，第二种方法可以用氢氧化钙溶液，因反应生成难溶性碳酸钙，因此会有白色沉淀产生．杂质中某种物质的质量分数则可用

某物质的质量

样品的质量

×100%求得．

解答：解：（1）氢氧化钠放置在空气中易吸水而潮解，因为是强碱，所以能与酸性物质或气体发生反应而变质，如空气中的二氧化碳，因此应密封保存．故答案为：①防止氢氧化钠吸水而潮解；②防止氢氧化钠吸收二氧化碳而变质．
（2）氢氧化钠能与空气中的二氧化碳发生反应生成碳酸钠，因为变质产物中含有碳酸根离子，因此检验是否发生变质时就是检验碳酸根离子的存在，因此可采用滴加盐酸试剂的方法，若变质则有气泡产生．因为是在碱性溶液中，酸和碱同时要发生中和反应，因此答案为：NaOH+HCl═NaCl+H₂O，Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（3）检验碳酸根离子存在的方法除上述之外，还可能滴加氢氧化钙溶液的方法，因为碳酸根离子能与钙离子反应生成难溶的碳酸钙而出现白色沉淀．所以答案为：Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH．
（4）（1）钙离子的检验同样可以用含碳酸根离子的溶液，如碳酸钠来进行检验．因此本题答案为：静置后，取上层清液滴加碳酸钠溶液，看是否变浑浊；
（2）设样品中碳酸钠的质量为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%，所以答案为：64.6%．
并把生成的气体通入澄清的石灰水中，石灰水变浑浊．
因为样品中有水，无法测出样品的氢氧化钠的质量，所以以上数据不能计算出样品中氢氧化钠的质量分数，所以答案为：样品中有水，无法测出样品的氢氧化钠的质量；
由（1）可知，在加入的盐酸中，一部分与氢氧化钠发生中和反应，另一部分与变质的碳酸钠反应，同时，生成了二氧化碳气体，因此整个过程前后质量的变化实际就是生成的二氧化碳的质量，因此：（51.40g+175.00g）-222.0g=4.4g；
由第五次、第六次都是产生2.2g的质量差可知本两次都是加入的算完全反应，且对应的二氧化碳都是2.2g．所以前四次的酸都是与氢氧化钠完全反应的．
设所用盐酸的质量分数为x．以第五次的数据求算盐酸的质量分数．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
      73              44
      25gx            2.2g

73

25gx

=

44

2.2g

x=14.6%．
这样违背了给出的盐酸的质量分数7.3%的说明，所以在反应中，在生成二氧化碳之前，碳酸钠和盐酸的反应先生成碳酸氢钠和氯化钠，这样导致不能前四次没有气体产生．Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl．但是消耗酸的总量与最终生成二氧化碳还是成正比的．
设碳酸钠最终转化为二氧化碳，整个过程消耗的盐酸溶液的质量为z．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
      73              44
      7.3%z            4.4g

73

7.3%z

=

44

4.4g

z=100g．
由于前四次的盐酸中，和氢氧化钠反应的只有100g-50g=50g．
设氢氧化钠的质量为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）
所以样品中氢氧化钠的质量分数为：

4g

16.4g

×100%=24.4%．所以答案为24.4%．

点评：本题综合考查了氢氧化钠和碳酸钠的性质，样品中某物质的质量分数的计算，并会检验碳酸根的存在，综合性较强．