Question

天然碱的组成可以用（a、b、c为整数）表示。现有A、B两种不同的天然碱样品，分别进行如下实验以确定其化学式。
将质量为31.0 g的天然碱A于300℃加热分解至完全（300℃时Na₂CO₃不分解），产生CO₂ 2.24 L（标准状况）和水5.4 g。
（1）天然碱A的化学式中：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
已知：Na₂CO₃与稀盐酸的反应分下列两步进行：
Na₂CO₃+HClNaCl+NaHCO₃   NaHCO₃+HClNaCl+CO₂↑+H₂O
将质量为12.45 g的天然碱B溶于水，逐滴滴加某浓度的稀盐酸，产生气体的体积与加入盐
酸的体积（标准状况）的关系如下表所示：

盐酸体积（mL）	20	40	60	80
产生气体体积（mL）	0	560	1680	2520

 
（2）由表中数据可推测加入50mL盐酸时，产生气体的体积为　　　　　　　　mL（标准状况）；盐酸的浓度为　　　　　　　mol/L；天然碱B的化学式为：　　　　　　　　　                   　　。
（3）若取一定质量的天然碱B加入到30mL该浓度的盐酸中，请写出产生气体体积V（mL，标准状况）与天然碱B质量W(g) 之间的关系式。

Answer 1

（1）a=1，b=2，c="2" (各1分，共3分)
（2）1120mL(2分) ； 2.5mol/L (2分) ；2Na₂CO₃·NaHCO₃ ·2H₂O  (3分)
（3）0g<W≤4.98g       V="67200W/332" mL(或V=202.41WmL)
4.78g<W<12.45g    V=1680﹣44800W/332 mL (或V=1680﹣134.94W mL)
W≥12.45g         V=0mL

试题分析：（1）利用2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O 这个原理。由题意可知n(CO₂)＝0.1 mol。
2NaHCO₃Na₂CO₃+   CO₂↑+   H₂O
2              1        1       1
0.2 mol        0.1 mol   0.1 mol  0.1 mol
m（NaHCO₃）="0.2" mol×84 g·mol^-1="16.8" g,所以晶体中，m（H₂O）="0.2" mol×18 g·mol^-1="3.6" g,m(Na₂CO₃)＝31 g-16.8 g-3.6 g＝10.6 g，。由此可知晶体中n(Na₂CO₃)∶n(NaHCO₃)∶n(H₂O)＝0.1 mol∶0.2 mol∶0.2 mol＝1∶2∶2。所以晶体化学式为Na₂CO₃·2NaHCO₃·2H₂O。
（2）①Na₂CO₃与盐酸反应分步进行。首先发生：Na₂CO₃+HCl="NaCl+" NaHCO₃.当Na₂CO₃完全转化为NaHCO₃后，发生NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑。若固体只含有Na₂CO₃，则前后两步消耗的盐酸物质的量相等。由56题由40到60ml当盐酸体积增大了20ml时气体体积增加了1120ml,故加入50mL盐酸时，盐酸体积增加了10ml时，产生气体的体积就增加了560ml，即为1120ml。由表中数据当盐酸体积由60到80ml增加20ml时，气体的体积只增加了840ml,说明此时盐酸过量，12.45克B完全反应完。可以求出n(CO₂)＝2520/22.4=0.1125mol，再由20ml盐酸产生气体1120ml，即为0.5mol，此时发生的反应为NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，可知盐酸的物质的量为0.5mol，则浓度为0.5/0.02= 2.5mol/L。由数据盐酸体积40ml对应气体体积560ml，进行分析，盐酸不中，固体剩余。n(HCl)＝0.1 mol,B中碳酸钠物质的量为x,则碳酸氢钠为0.1125-x,和碳酸钠反应掉的盐酸为xmol，和碳酸氢钠反应的盐酸为0.1-x，则有0.1-x="0.025" x=0.075mol，即碳酸钠质量为0.075*106=7.95g,碳酸氢钠为0.1125-x=0.1125-0.075=0.0375mol,质量为3.15g,水的质量为1.35g,物质的量为0.075mol。n(Na₂CO₃)∶n(NaHCO₃)∶n(H₂O)＝0.075mol∶0.0375 mol∶0.075mol＝2∶1∶2。
（3）当盐酸与天然碱恰好完全反应生成CO₂时，天然碱2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O的摩尔质量为332g?mol－1，每摩尔天然碱消耗盐酸5mol，则样品质量为：(0.03×2.5×332)/5g＝4.98g；当样品过量，_Na2CO3恰好转化为NaHCO₃而没有生成CO₂时，样品质量为：(0.03×2.5×332)/2g＝12.45g。然后在0＜m≤4.98、4.98＜m≤12.45、1245≤m三个区间讨论计算即可。