Question

自然界存在某天然堿（純凈物）的化學(xué)組成可表示為aNa₂CO₃?bNaHCO₃?cH₂O（a、b、c 為正整數(shù)）．現(xiàn)稱取不同質(zhì)量的天然堿樣品，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的鹽酸溶液30.0ml，產(chǎn)生CO₂ 的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）如圖所示．
（1）若用2.49g樣品進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生CO₂    mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（2）另取3.32g天然堿樣品于300C加熱分解至完全（300C 時(shí)Na₂CO₃ 不分解）產(chǎn)生CO₂ 112ml（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和水0.450g，試通過計(jì)算確定該天然堿的化學(xué)式．
（3）實(shí)驗(yàn)所用鹽酸的物質(zhì)的量濃度是多少？
（4）若在上述某次實(shí)驗(yàn)中，收集到336ml（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的氣體，該此實(shí)驗(yàn)中稱取天然堿樣品的質(zhì)量可能是多少？

Answer 1

【答案】分析：（1）由圖象可知，m（樣品）≤4.98g時(shí)，樣品質(zhì)量與CO₂體積成正比；
（2）根據(jù)元素守恒計(jì)算；
（3）當(dāng)4.98g≤m（樣品）≤12.45g時(shí)，30mL鹽酸全部參加反應(yīng)．其中m（樣品）=4.98g時(shí)，樣品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（樣品）=12.45g時(shí)，樣品中Na₂CO₃恰好生成NaHCO₃；
（4）收集到336ml氣體時(shí)，可能存在兩種情況：①鹽酸過量，②天然堿過量，結(jié)合方程式計(jì)算．
解答：解析：題中圖示表示將30mL鹽酸逐滴加入樣品溶液中，所加樣品質(zhì)量與生成CO₂的體積（標(biāo)準(zhǔn)狀況）的關(guān)系．
（1）m（樣品）≤4.98g時(shí)，樣品質(zhì)量與CO₂體積成正比．設(shè)2.49g樣品反應(yīng)生成CO₂的體積為V，則，V=504mL，故答案為：504；
（2）3.32g樣品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×=0.01mol，
n（H₂O）==0.02mol．
由碳元素守恒得：
n（Na₂CO₃）=-0.01mol=0.02mol，則n（Na₂CO₃）：n（NaHCO₃）：n（H₂O）=0.02mol：0.01mol：0.02mol=2：1：2．
故該天然堿的組成為：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O．
答：該天然堿的組成為：2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O．
（3）當(dāng)4.98g≤m（樣品）≤12.45g時(shí)，30mL鹽酸全部參加反應(yīng)．其中m（樣品）=4.98g時(shí)，樣品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（樣品）=12.45g時(shí)，樣品中Na₂CO₃恰好生成NaHCO₃．任一情形用于計(jì)算鹽酸濃度都很方便．
樣品質(zhì)量為4.98g時(shí)，反應(yīng)式為：
2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O+5HCl=5NaCl+3CO₂↑+5H₂O
由以上可知，消耗n（HCl）=×5=0.075mol，c（HCl）==2.5mol/L，
答：實(shí)驗(yàn)所用鹽酸的物質(zhì)的量濃度是2.5mol/L．
（4）收集到336ml氣體時(shí)，可能存在兩種情況：①鹽酸過量，②天然堿過量，
①鹽酸過量時(shí)，設(shè)天然堿的質(zhì)量為x，
則，x=1.16g；
②天然堿過量時(shí)，設(shè)需要ymol天然堿，
則含有2ymolNa₂CO₃，ymolNaHCO₃，發(fā)生反應(yīng)有：
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
NaHCO₃+HCl=CO₂↑+NaCl+H₂O
則：2y+=0.03L×2.5mol/L
y=0.03mol，
則m（2Na₂CO_3??NaHCO₃?2H₂O）=0.03mol×332g/mol=9.96g．
答：鹽酸過量時(shí)1.66克； 天然堿過量時(shí)9.96克
點(diǎn)評(píng)：本題主要考查了圖象數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用能力，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果常以圖象的形式表示，看圖用圖是基本的化學(xué)能力之一，題目難度較大，注意根據(jù)圖象結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算．