Question

3．现有HCl与CaCl₂的混合溶液，为了分析混合溶液中HCl和CaCl₂的质量分数，设计了如图甲实验方案：
【实验数据】实验共记录了两组数据：
第①组，气体吸收完全后，NaOH溶液质量增加4.4g；
第②组，沉淀完全后，经过滤、洗涤、烘干后得到固体的质量为10g．
根据实验设计及有关数据进行分析与计算：
（1）混合溶液中HCl的质量分数为7.3%．（只写结果）
（2）混合溶液中CaCl₂的质量分数为多少？（写出计算过程）
（3）实验中混合溶液与Na₂CO₃溶液恰好完全反应，经过滤后所得“滤液”中溶质的质量为多少？
（4）若在100g混合溶液中不断加入10.6% 的Na₂CO₃的溶液，请你如图乙中画出加入Na₂CO₃溶液的质量与产生沉淀的质量的关系图．

Answer 1

分析 （1）由题意可以知道生成二氧化碳的质量为4.4g，可以据此结合碳酸钠和盐酸反应的化学方程式求算出氯化氢的质量，然后求出其质量分数即可．
（2）根据图中数据可以知道生成沉淀的质量为10g，可以据此结合碳酸钠和氯化钙反应的化学方程式求算出氯化钙的质量，然后求出其质量分数即可．
（3）根据发生的化学反应可以知道反应后得到的滤液为氯化钠溶液，所以可以根据上述反应求算出氯化钠的质量，然后根据溶质的质量分数的计算公式求解即可．
（4）根据题中所给物质的性质可以知道，在盐酸存在的情况下碳酸钙不可能以沉淀的形式析出，可以据此结合题中所给数据完成作图．

解答 解：（1）氢氧化钠溶液增加的质量即为碳酸钠和盐酸反应生成二氧化碳的质量，即为4.4g，
设混合溶液中含有氯化氢的质量为x，生成氯化钠的质量为y，消耗碳酸钠的质量为z．
Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑
106           73    117                44
 z              x      y                   4.4g
$\frac{106}{z}=\frac{73}{x}=\frac{117}{y}=\frac{44}{4.4g}$
解得：x=7.3g，y=11.7g，z=10.6g
混合溶液中HCl的质量分数为：$\frac{7.3g}{100g}$×100%=7.3%；
（2）设混合溶液中CaCl₂的质量为m，生成氯化钠的质量为n，消耗碳酸钠的质量为p．
CaCl₂+Na₂CO₃═CaCO₃↓+2NaCl
111        106       100         117
 m           p       10g             n
$\frac{111}{m}=\frac{106}{p}=\frac{100}{10g}=\frac{117}{n}$
解得：m=11.1g，n=11.7g，p=10.6g；
混合溶液中CaCl₂的质量分数为：$\frac{11.1g}{100g}$×100%=11.1%；
答：混合溶液中CaCl₂的质量分数为11.1%．
（3）据发生的化学反应可以知道反应后得到的滤液为氯化钠溶液，
滤液中溶质氯化钠的质量为：11.7g+11.7g=23.4g，
盐酸消耗碳酸钠溶液的质量为：10.6g÷10.6%=100g，
氯化钙消耗碳酸钠溶液的质量为：10.6g÷10.6%=100g
所以反应后溶液的质量为：100g+100g+100g-4.4g-10g=285.6g
故反应后滤液中溶质的质量分数为：$\frac{23.4g}{285.6g}$×100%=8.2%；
（4）根据题中所给物质的性质可以知道，在盐酸存在的情况下碳酸钙不可能以沉淀的形式析出，所以加入的碳酸钠要先和盐酸反应，根据（3）的解答可以知道，盐酸消耗碳酸钠溶液的质量为100g，即当滴入100g碳酸钠溶液后才会产生沉淀，其中生成沉淀的质量为10g，此时一共消耗碳酸钠溶液的质量为100g+100g=200g，可以据此描点连线得出加入Na₂CO₃溶液的质量与产生沉淀的质量的关系图（见答案）．
故答案为：（1）7.3%；
（2）11.1%
（3）8.2%；
（4）作图见如图曲线．

点评 要想解答好这类题目，首先，要理解和熟记根据化学反应方程式的计算步骤和格式，以及与之相关的知识等．然后，根据所给的问题情景，结合所学的相关知识和技能，细致地分析题意并细心地探究、推理后，按照题目要求进行认真地解答即可．