Question

16．某小组探究Na₂CO₃和NaHCO₃的性质，实验步骤及记录如下：
Ⅰ．分别向盛有0.5g Na₂CO₃固体、0.5gNaHCO₃固体的烧杯中加入10mL水（20℃），搅拌，测量温度为T₁；
Ⅱ．静置恒温后测量温度为T₂；
Ⅲ．分别加入10mL 密度约为1.1g/mL 20%的盐酸（20℃），搅拌，测量温度T₃．
得到下表的数据：

温度 试剂	T1/℃	T2/℃	T3/℃
NaCO3	23.3	20.0	23.7
NaHCO3	18.5	20.0	20.8

回答下列问题：
（1）NaHCO₃溶于水显碱性，其原因是HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-（用离子方程式表示）．
（2）根据试题后的附表判断：步骤Ⅰ中Na₂CO₃、NaHCO₃固体能否全部溶解是（填“是”或“否”）．
（3）分析表1的数据得出：Na₂CO₃固体溶于水放热，NaHCO₃固体溶于水吸热（填“放热”或“吸热”）．
（4）甲同学分析上述数据得出：Na₂CO₃和NaHCO₃与盐酸反应都是放热反应．
乙同学认为应该增加一个实验，并补做如下实验：向 盛 有10mL水（20℃）的烧杯中加入10mL密度约为1.1g/mL20%的盐酸（20℃），搅拌，测量温度为22.2℃．
（5）结合上述探究，下列说法正确的是AC．
A．NaHCO₃与盐酸的反应是吸热反应
B．不能用稀盐酸鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃固体
C．Na₂CO₃、NaHCO₃固体与稀盐酸反应的能量变化还与物质的溶解等因素有关
（6）丙同学为测定一份NaHCO₃和Na₂CO₃混合固体中NaHCO₃的纯度，设计了如下实验方案，其中不能测定Na₂CO₃和NaHCO₃混合物中Na₂CO₃质量分数的是（　　）
A．取a克混合物充分加热，减重b克
B．取a克混合物与足量稀盐酸充分反应，加热、蒸干、灼烧，得b克固体
C．取a克混合物与足量稀硫酸充分反应，逸出气体用碱石灰吸收，增重b克
D．取a克混合物与足量Ba（OH）₂溶液充分反应，过滤、洗涤、烘干，得b克固体．
若按A方案进行实验，则原混合物中NaHCO₃的质量分数为$\frac{84b}{31a}$×100%（用含a、b的代数式表示）附表：溶解度表

温度 溶解度	10℃	20℃	30℃	40℃
NaCO3	12.5g	21.5g	39.7g	40.0g
NaHCO3	8.1g	9.6g	11.1g	12.7g

Answer 1

分析 （1）碳酸氢钠溶液中，碳酸氢根离子部分水解，溶液呈碱性；
（2）10mL水的质量约为10g，结合表中20℃时碳酸钠、碳酸氢钠的溶解度进行判断；
（3）根据碳酸钠、碳酸氢钠溶解后表中温度T₁与室温大小进行判断；
（4）10mL 20%的盐酸（20℃）溶于水是放热还是吸热，影响碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的能量变化；
（5）A．相同浓度和体积的盐酸溶于水后温度为22.2℃，而NaHCO₃与盐酸的反应后温度变为20.8℃，反应后温度降低说明碳酸氢钠与盐酸的反应是吸热反应；
B．碳酸钠、碳酸氢钠分别与相同浓度的盐酸反应的现象不同，可以用盐酸鉴别碳酸钠和碳酸氢钠；
C．根据实验可知，Na₂CO₃、NaHCO₃固体与稀盐酸反应的能量变化还与物质的溶解等因素有关；
（6）A．此方案利用碳酸氢钠的不稳定性，利用差量法即可计算质量分数；
B．根据钠守恒，可列方程组求解；
C．应先把水蒸气排除才合理；
D．根据质量关系，可列方程组求解；
碳酸钠性质稳定，加热不分解，碳酸氢钠热稳定性较差，加热分解导致固体质量减少，根据固体质量变化利用差量法可以计算出混合物中碳酸氢钠的质量，再计算出碳酸氢钠的质量及质量分数即可．

解答 解：（1）碳酸氢钠溶液中，碳酸氢根离子部分水解：HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-，导致溶液呈碱性，
故答案为：碱；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；
（2）20℃时碳酸钠的溶解度为21.5g，碳酸氢钠的溶解度为9.6g，则分别向盛有0.5g Na₂CO₃固体、0.5gNaHCO₃固体的烧杯中加入10mL水（20℃），10mL水的质量约为10g，在该温度下最多能够溶解2.15g碳酸钠、0.96g碳酸钠，所以碳酸钠和碳酸氢钠都能够完全溶解，
故答案为：是；
（3）根据表中数据可知，碳酸钠溶解后溶液温度升高，说明碳酸钠溶于水放热；碳酸氢钠溶解后溶液温度降低，说明碳酸氢钠溶于水吸热，
故答案为：放热；吸热；
（4）10mL 密度约为1.1g/mL 20%的盐酸（20℃）溶于水的反应热会影响碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应的能量变化，所以需要补充实验：向盛有10mL水（20℃）的烧杯中加入10mL  密度约为1.1 g/mL 20%的盐酸（20℃），分析温度变化，
故答案为：密度约为1.1 g/mL 20%的盐酸（20℃）；
（5）A．同样浓度的盐酸溶于水后温度为22.2℃，而NaHCO₃与盐酸的反应后温度变为 20.8℃，说明碳酸氢钠与盐酸的反应是吸热反应，故A正确；
B．碳酸钠与盐酸先反应生成碳酸氢钠，然后碳酸氢钠再与盐酸反应生成二氧化碳气体，而碳酸氢钠中加入盐酸后立刻生成二氧化碳，可用稀盐酸鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃固体，故B错误；
C．根据实验可知，Na₂CO₃、NaHCO₃固体与稀盐酸反应的能量变化还与物质的溶解等因素有关，不能直接根据反应温度判断，故C正确；
故答案为：AC；
（6）A．NaHCO₃受热易分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，所以通过加热分解利用差量法即可计算出Na₂CO₃质量分数，故A错误；
B．Na₂CO₃和NaHCO₃均可与盐酸反应生成水、二氧化碳和氯化钠，所以bg固体是氯化钠，利用守恒法可计算出Na₂CO₃质量分数，故B错误；
C．混合物与足量稀硫酸充分反应，也会生成水和二氧化，所以逸出的气体是二氧化碳，但会混有水蒸气，即碱石灰增加的质量不是二氧化碳的质量，不能测定含量，故C正确；
D．Na₂CO₃和NaHCO₃都与Ba（OH）₂反应，反应的方程式为CO₃^2-+Ba²⁺=BaCO₃↓、HCO₃^-+OH^-+Ba²⁺=H₂O+BaCO₃↓，因此最后得到的固体是BaCO₃，所以可以计算出Na₂CO₃质量分数，故D错误；
加热过程中碳酸钠不变，碳酸氢钠分解，反应的方程式为：2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑，
反应前后固体质量变化为：bg，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O+CO₂↑   减少的固体质量△m
  168      106                   62
  m（NaHCO₃）                     bg
则：m（NaHCO₃）=$\frac{168×bg}{62}$=$\frac{84}{31}$bg，
所以该样品中碳酸氢钠的质量分数为：$\frac{\frac{84}{31}bg}{ag}$×100%=$\frac{84b}{31a}$×100%，
故答案为：C； $\frac{84b}{31a}$×100%．

点评 该题以碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较为载体，侧重于化学实验方案的评价，题目难度中等，注意把握碳酸钠、碳酸氢钠的性质以及实验方案的原理．