Question

自然界存在某天然碱（纯净物）的化学组成可表示为aNa₂CO₃?bNaHCO₃?cH₂O（a、b、c 为正整数）．现称取不同质量的天然碱样品，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30.0ml，产生CO₂ 的体积（标准状况）如图所示．


（1）若用2.49g样品进行同样的实验时，产生CO₂______mL（标准状况）．
（2）另取3.32g天然碱样品于300⁰C加热分解至完全（300⁰C 时Na₂CO₃ 不分解）产生CO₂ 112ml（标准状况）和水0.450g，试通过计算确定该天然碱的化学式．
（3）实验所用盐酸的物质的量浓度是多少？
（4）若在上述某次实验中，收集到336ml（标准状况）的气体，该此实验中称取天然碱样品的质量可能是多少？

Answer 1

解析：题中图示表示将30mL盐酸逐滴加入样品溶液中，所加样品质量与生成CO₂的体积（标准状况）的关系．
（1）m（样品）≤4.98g时，样品质量与CO₂体积成正比．设2.49g样品反应生成CO₂的体积为V，则

2.49g

V

=

3.32g

672ml

，V=504mL，故答案为：504；
（2）3.32g样品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×

0.112L

22.4L/mol

=0.01mol，
n（H₂O）=

0.45g-0.005mol×18g/mol

18g/mol

=0.02mol．
由碳元素守恒得：
n（Na₂CO₃）=

0.672L

22.4L/mol

-0.01mol=0.02mol，则n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.02mol：0.01mol：0.02mol=2：1：2．
故该天然碱的组成为：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O．
答：该天然碱的组成为：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O．
（3）当4.98g≤m（样品）≤12.45g时，30mL盐酸全部参加反应．其中m（样品）=4.98g时，样品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（样品）=12.45g时，样品中Na₂CO₃恰好生成NaHCO₃．任一情形用于计算盐酸浓度都很方便．
样品质量为4.98g时，反应式为：
2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O+5HCl=5NaCl+3CO₂↑+5H₂O
由以上可知，消耗n（HCl）=

4.98g

332g/mol

×5=0.075mol，c（HCl）=

0.075mol

0.03L

=2.5mol/L，
答：实验所用盐酸的物质的量浓度是2.5mol/L．
（4）收集到336ml气体时，可能存在两种情况：①盐酸过量，②天然碱过量，
①盐酸过量时，设天然碱的质量为x，
则

x

336ml

=

3.32g

672ml

，x=1.16g；
②天然碱过量时，设需要ymol天然碱，
则含有2ymolNa₂CO₃，ymolNaHCO₃，发生反应有：
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
NaHCO₃+HCl=CO₂↑+NaCl+H₂O
则：2y+

0.336L

22.4L/mol

=0.03L×2.5mol/L
y=0.03mol，
则m（2Na₂CO_3??NaHCO₃?2H₂O）=0.03mol×332g/mol=9.96g．
答：盐酸过量时1.66克； 天然碱过量时9.96克