Question

15．某化学课外活动小组的同学在学习《化学》下册77页的资料卡片“石笋和钟乳石的形成”时，发现难溶于水的CaCO₃当遇到溶有CO₂的水时，会反应生成溶解性较大的Ca（HCO₃）₂：【CaCO₃+CO₂+H₂O═Ca（HCO₃）₂】．联想到实验室检验CO₂时，将气体通入澄清石灰水中．若长时间往澄清石灰水中通入CO₂会产生什么样的现象呢？小组决定用小烧杯盛装一定量的氢氧化钠溶液并不断通入二氧化碳气体进行探究
【提出问题】氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后，溶液中含有什么溶质？
【查阅资料】
（1）通入少量的二氧化碳时，NaOH与CO₂反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
（2）通入过量CO₂时，反应的化学方程式为：Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃．
（3）碳酸氢盐都是可溶于水的．BaCO₃难溶于水且是白色固体．
（4）Na₂CO₃、NaHCO₃溶液呈碱性，BaCl₂显中性．
【提出猜想】
（1）溶质为NaOH和Na₂CO₃；
（2）溶质为Na₂CO₃；
（3）溶质是NaHCO₃、Na₂CO₃（填化学式）；
（4）溶质全都是NaHCO₃．
【设计实验方案】

实验步骤	实验现象	实验结论
①用试管取少量小烧杯中反应后的溶液，滴加几滴酚酞试液（填酸碱指示剂）	溶液变红色	该溶液显碱性
②将小烧杯中反应后剩下的溶液进行称量，然后滴加过量的BaCl2溶液	有 白色沉淀生成	猜想（4）不成立
③取步骤②中的上层清液，滴入稀盐酸	有气泡冒出	猜想（1）和（2）不成立

【得出结论】猜想（3）成立．
【讨论交流】
（1）有同学提出实验步骤①是多余的．你认为该实验设计是否需要？并说明理由不需要，因为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠溶液都为碱性．
（2）将实验步骤②剩下混合物进行过滤（填操作名称）、洗涤、干燥、称量，发现所得沉淀质量等于步骤②中所称量的溶液质量的十分之一，判断氢氧化钠溶液中通入二氧化碳一段时间后，溶液中 Na₂CO₃的质量分数约为B．
A.4.26%   B.5.38%   C.3.43%.10%
【反思应用】
验证二氧化碳性质时，如果长时间向澄清石灰水中通入二氧化碳会看到什么样的现象呢？请你描述一下石灰水先变浑浊，后又变回澄清．

Answer 1

分析 【查阅资料】根据氢氧化钠的化学性质：氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，据此进行分析解答．
【提出猜想】根据氢氧化钠与二氧化碳反应原理进行猜想；
【设计实验】根据碱性溶液能使无色酚酞试液变红解答；根据碳酸钠和氯化钡产生碳酸钡白色沉淀，碳酸氢钠与氯化钡不反应；碳酸氢钠和稀盐酸产生二氧化碳气体解答．
【讨论交流】（1）根据氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠溶液都为碱性解答；
（2）酸氢钠不稳定受热分解生成碳酸钠和二氧化碳、水．
（3）二氧化碳能和氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，生成的碳酸钙继续与二氧化碳反应能生成碳酸氢钙，形成均一、稳定的混合物．

解答 解：
【查阅资料】CO₂与NaOH溶液反应产生碳酸钠和水，反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【提出猜想】通入少量CO₂反应的化学方程式为：CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．通入过量CO₂，反应的化学方程式为：Na₂CO₃+CO₂+H₂O═2NaHCO₃．
（1）溶质为NaOH和Na₂CO₃；（2）溶质为Na₂CO₃；（3）溶质为NaHCO₃和Na₂CO₃；（4）溶质为NaHCO₃．
【设计实验】
①用试管取少量小烧杯中反应后的溶液，滴加几滴酚酞试液，溶液变红色，该溶液显碱性；
②取反应后溶液少许于试管中，向其中滴加过量的BaCl₂溶液，碳酸钠和氯化钡产生碳酸钡白色沉淀，如果有白色沉淀生成，说明有碳酸钠，猜想（4）不成立；
③取步骤②中的上层清液，滴入稀盐酸，有气泡冒出，说明有碳酸氢钠，猜想（1）和（2）不成立；
【讨论交流】（1）氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠溶液都为碱性，故实验步骤（1）是多余的．不需要；
（2）设生成碳酸钡的质量为x，则碳酸钠溶液的质量为10x，碳酸钠的质量为y
Na₂CO₃+BaCl₂=BaCO₃↓+2NaCl，
106                      197
y                           x
$\frac{106}{y}=\frac{197}{x}$
x=$\frac{106x}{197}$
溶液中 Na₂CO₃的质量分数约为$\frac{106x}{197×10x}$×100%≈5.38%
（3）将少量二氧化碳通入足量的澄清石灰水中，生成的不溶于水的碳酸钙悬浮在液体中，通入过量二氧化碳后，碳酸钙、二氧化碳、水进行反应，生成溶于水的碳酸氢钙，形成了均一、稳定的混合物，属于溶液．
答案：
【查阅资料】CO₂+2NaOH=Na₂CO₃+H₂O．
【提出猜想】（3）NaHCO₃和Na₂CO₃；
【设计实验】

实验步骤	实验现象	实验结论
①用试管取少量小烧杯中反应后的溶液，滴加几滴 酚酞试液（填酸碱指示剂）	溶液变红色	该溶液显碱性
②将小烧杯中反应后剩下的溶液进行称量，然后滴加过量的BaCl2溶液	有 白色沉淀生成	猜想（4）不成立
③取步骤②中的上层清液，滴入稀盐酸	有气泡冒出	猜想（1）和（2）不成立

【讨论交流】（1）不需要；因为氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠溶液都为碱性；
（2）过滤；B；
（3）石灰水先变浑浊，后又变回澄清．

点评 熟练掌握二氧化碳和氢氧化钠的化学性质，能够根据物质的性质设计实验对物质进行鉴别，在学习中要注意培养自己设计实验的能力．