Question

9．（要求写出规范的计算步骤）今有（含一种）碱金属元素的两种碳酸盐组成的混合物6.14g，加水溶解后，取所得溶液的十分之一，向其中缓缓加入一定浓度的稀盐酸，并同时记录放出CO₂的体积（标准状况下）和消耗稀盐酸的体积，得到如图所示的曲线．

试计算：（1）混合物中碳元素的质量分数
（2）确定这两种碳酸盐的化学式
（3）所滴加盐酸的物质的量浓度．

Answer 1

分析 假设金属元素的元素符号是M，因为金属元素的化合价是+1，碳酸氢根的化合价是-1，碳酸根的化合价是-2，因此该金属元素的碳酸氢盐和碳酸盐的化学式可以表示为MHCO₃和M₂CO₃，与稀盐酸反应的化学方程式分别是MHCO₃+HCl═MCl+H₂O+CO₂↑、M₂CO₃+HCl═MHCO₃+MCl，
（1）根据碳元素守恒及生成二氧化碳的量计算出混合物中含碳量；
（2）计算出混合物的平均摩尔质量，然后判断碱金属名称，从而可确定两种碳酸盐的化学式；
（3）根据两种碳酸盐的质量、物质的量列式计算出消耗氯化氢的物质的量，再根据c=$\frac{n}{V}$计算出滴加的盐酸的浓度．

解答 解：（1）根据质量守恒可知：n（C）=n（CO₂）=$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.005mol，
6.14 g 混合物中含有的碳元素的质量为：n（C）=0.005mol×12g/mol×10=0.6g，
则混合物中碳元素的质量分数为：w（C）=$\frac{0.6g}{6.14g}$×100%=9.77%，
答：混合物中碳元素的质量分数为9.77%；
（2）混合物的平均摩尔质量M=$\frac{6.14g}{0.005mol×10}$=122.8g/mol，
若M（M₂CO₃）=122.8 g/mol，则M（M）=31.4g/mol，
若M（MHCO₃）=122.8 g/mol，则M（M）=61.8g/mol，
即：31.4g/mol＜M（K）＜61.8g/mol，
所以碱金属元素是钾元素，两种碳酸盐的化学式：K₂CO₃、KHCO₃，
答：这两种碳酸盐的化学式分别为K₂CO₃、KHCO₃；
（3）碳酸盐的总物质的量为：n（K₂CO₃）+n（KHCO₃）=0.05 mol，
质量为：n（K₂CO₃）×138 g/mol+n（KHCO₃）×100 g/mol=6.14 g，
解得：n（K₂CO₃）=0.03mol、n（KHCO₃）=0.02 mol，
则：n（K₂CO₃）～n（CO₂）～2n（HCl）          n（KHCO₃）～n（CO₂）～n（HCl）
   0.03 mol   0.03mol   0.06 mol           0.02 mol    0.02 mol   0.02 mol
所以消耗盐酸的总物质的量为：n（HCl）=0.06 mo+0.02mol=0.08 mol，
则所滴加盐酸的物质的量浓度为：c（HCl）=$\frac{0.08mol}{0.32L}$=0.25mol/L，
答：所滴加盐酸的物质的量浓度为0.25mol/L．

点评 本题考查了混合物反应的计算，题目难度较大，明确发生反应的实质为解答关键，注意掌握守恒法、极值法在化学计算中的应用方法，试题培养了学生的分析能力及化学计算能力．