Question

工业上“侯氏”制碱法制得的纯碱产品中常含有少量的氯化钠．某化学兴趣小组对某纯碱样品进行下列探究活动．称取11g样品于烧杯中，加20.4g水将其溶解，然后逐滴加入一定质量分数的稀盐酸并不断振荡，发现刚开始时并无气泡，一段时间后才有气泡产生，这引起了他们的好奇．查阅资料知道：首先发生的反应是：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，然后发生的反应是：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O．实验过程中，测得加入稀盐酸的质量和溶液总质量的关系如图甲所示．请你解决下列问题：

（1）根据上述信息，请在图乙坐标系中画出实验过程中产生CO₂的质量随滴加盐酸质量的变化曲线（不必计算具体数据）．
（2）计算样品中NaCl和Na₂CO₃的质量比．
（3）计算实验中恰好完全反应时所得溶液的溶质质量分数．

Answer 1

分析：（1）盐酸首先与碳酸钠反应，没有二氧化碳产生，然后与碳酸氢钠反应，生成二氧化碳的质量随滴入盐酸质量的增加而增加，当完全反应时，气体不再生成；
（2）因为盐酸与氯化钠不反应，分析图示数据可知，AB段表示盐酸与碳酸钠反应，BC段表示盐酸与碳酸氢钠反应．根据质量守恒定律，生成二氧化碳气体的质量=反应前物质质量总和-反应后物质质量总和；根据化学方程式可知，完全反应的情况下，参与反应的碳酸钠质量与生成的碳酸氢钠质量成正比例，碳酸氢钠质量与二氧化碳质量成正比例，由此推断，碳酸钠质量与二氧化碳质量成正比例，据此计算出碳酸钠的质量；样品质量-碳酸钠质量=氯化钠质量，进而得出样品中NaCl和Na₂CO₃的质量比；
（3）分析题意可知，恰好完全反应时所得溶液的溶质是氯化钠（包括样品中的氯化钠、碳酸钠与盐酸反应生成的氯化钠和碳酸氢钠与盐酸反应生成的氯化钠），然后根据溶质质量分数公式计算即可．

解答：解：根据质量守恒定律，生成二氧化碳气体的质量=73g+11g+20.4g-100g=4.4g；
（1）如右图：
（2）反应的化学方程式为：
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O
设样品中Na₂CO₃的质量为x，
∴Na₂CO₃----CO₂
106       44
  x        4.4g
∴

106

44

=

x

4.4g

，
解之得：x=10.6g；
则样品中NaCl和Na₂CO₃的质量比为：（11g-10.6g）：10.6g=2：53；
（3）①设碳酸钠与盐酸反应生成的氯化钠的质量为y，
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
106              58.5
10.6g             y
∴

106

58.5

=

10.6g

y

，
解之得：y=5.85g；
②设碳酸氢钠与盐酸反应生成的氯化钠质量为z，
NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O
          58.5  44
           z    4.4g
∴

58.5

44

=

z

4.4g

，
解之得：z=5.85g；
则恰好完全反应时所得溶液的溶质质量分数为：

5.85g+5.85g+11g-10.6g

100g

×100%=12.1%．
答：（2）样品中NaCl和Na₂CO₃的质量比为2：53；
（3）恰好完全反应时所得溶液的溶质质量分数为12.1%．

点评：本题主要考查学生利用化学方程式和质量守恒定律进行计算的能力．本题所涉数据较多，学生需认真分析数量关系，找出数据之间的联系，根据质量守恒定律，得出生成二氧化碳的质量，就可以顺利答题．