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15.欲测定某氢氧化钠样品中可能的变质成分碳酸钠的含量,张同学取该样品少量放于烧杯中,向其中慢慢滴加10%的稀盐酸,所加盐酸与产生气体的质量关系图如下:
(1)求反应完毕后产生二氧化碳的质量?
(2)原固体中氢氧化钠的质量分数是多少?(结果保留一位小数)

分析 根据图象可知,无气体放出段消耗的盐酸的质量为36.5g,大于有气体放出段所消耗的盐酸的质量7.3g,故可知样品为NaOH和Na2CO3的混合物.且稀盐酸先和氢氧化钠反应,再和Na2CO3反应生成NaHCO3,此过程无气体放出,共消耗盐酸36.5g;然后盐酸和NaHCO3反应生成CO2气体,此过程消耗盐酸7.3g.根据NaHCO3消耗的稀盐酸的质量,即可求出生成CO2的物质的量和质量以及NaHCO3的物质的量,而Na2CO3的物质的量等于NaHCO3的物质的量,即可求出样品中Na2CO3的质量,然后结合NaOH和Na2CO3的混合物反应至有恰好气体放出时共消耗盐酸36.5g,即可求出样品中NaOH的物质的量和质量,从而能求出样品中氢氧化钠的质量分数.

解答 解:根据图象可知,在消耗盐酸0-36.5g段内发生的反应为:NaOH+HCl=NaCl+H2O,Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3
消耗盐酸36.5g-43.8g段内发生的反应为:NaHCO3++HCl=NaCl+CO2↑+H2O.
设样品中的NaOH的物质的量为xmol,Na2CO3的物质的量为ymol.
(1)在生成二氧化碳过程中消耗的盐酸的质量为43.8g-36.5g=7.3g,由于盐酸的质量分数为10%,故盐酸溶液中含有的n(HCl)=$\frac{7.3g×10%}{36.5g/mol}$=0.02mol.由于Na2CO3的物质的量为ymol,则经过反应Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3生成的NaHCO3的物质的量也为ymol.设生成的二氧化碳的物质的量为zmol.则有:
根据反应可知:NaHCO3++HCl=NaCl+CO2↑+H2O
              1       1        1
             ymol    0.02mol   zmol 
故可知:$\frac{1}{y}=\frac{1}{0.02}=\frac{1}{z}$
解得y=0.02mol,z=0.02mol.
故生成的二氧化碳的质量m=nM=0.02mol×44g/mol=0.88g.
答:生成的二氧化碳的质量为0.88g.
(2)由于y=0.02mol,即样品中的Na2CO3的物质的量为0.02mol,消耗盐酸0-36.5g段内消耗的盐酸的质量为36.5g,含有的HCl的物质的量n(HCl)=$\frac{36.5g×10%}{36.6g/mol}$=0.1mol.由于消耗盐酸0-36.5g段内发生的反应为:NaOH+HCl=NaCl+H2O,Na2CO3 +HCl=NaCl+NaHCO3
                                             1     1                     1     1
                                            xmol  xmol               0.02mol  0.02mol

故可知消耗的盐酸的物质的量n(HCl)=0.1mol=xmol+0.02mol
解得x=0.08mol.
即样品中m(NaOH)=nM=0.08mol×40g/mol=3.2g.
而样品中Na2CO3的物质的量为0.02mol,质量为m(Na2CO3)=2.12g.
故样品中NaOH的质量分数=$\frac{3.2g}{3.2g+2.12g}×100%$=61.3%.
答:样品中氢氧化钠的质量分数为61.3%.

点评 本题难度不是很大,主要考查了质量守恒定律的应用和根据化学方程式的计算,培养学生分析问题的能力和解决问题的能力.

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