Question

【題目】有三份白色固體分別為碳酸鈉、碳酸氫鈉及二者的混合物。某化學課外活動小組對其進行相關實驗和探究。

I.甲組同學采用加熱的方法確定其成分。

(1)除托盤天平、藥匙、三腳架、泥三角、玻璃棒和干燥器外，完成本實驗還需要的實驗儀器有_________。

(2)該小組同學準確稱取一定量的樣品m1g，多次加熱、冷卻、稱量直至恒重，質量為m2g。依據得出結論，請完成下表。

	m2與m1的關系	結論
①		樣品為Na2CO3
②		樣品為NaHCO3
③		樣品為Na2CO3和 NaHCO3的混合物

II.乙組同學利用已鑒別出的NaHCO3和Na2CO3，繼續進行實驗，對于“能否用CaCl2鑒別的NaHCO3和Na2CO3”的問題進行探究。

(3)小組同學先將NaHCO3、Na2CO3、CaCl2固體分別配制成0.5mol/L的溶液。設汁如下實驗方案：

表1

	實驗方案	預測現象
實驗1	向2mL Na2CO3溶液中滴加1mL CaCl2溶液	有白色沉淀生成
實驗2	向2mL NaHCO3溶液中滴加1mL CaCl2溶液	無白色沉淀生成

若已知:①室溫下,0.5mol/L NaHCO3溶液pH=8.5，溶液中c(HCO3-)=0.49 mol/L 。

②室溫下, H2CO3的二級電離常數K2=5.6×10-11。

③Ksp(CaCO3)=2.8×10-9。

試估算使0.5mol/L NaHCO3溶液中的CO32-沉淀所需的c(Ca2+)應不低于_____mol/L，并由此得出結論：實驗2的預測現象_____(填“正確”或“不正確”)。

⑷實際實驗過程發現實驗2的現象為白色沉淀并有無色氣體生成。此現象對應的離子方程式為_____________。

(5)該小組同學繼續設計實驗對NaHCO3溶液與CaCl2溶液的反應進行探究，利用氣體壓力傳感器得到的部分實驗數據如下：(注：CaCl2溶液濃度相同)

表2 容器內氣體濃度達到10000ppm所需時間

C(NaHCO3)/(mol/L)	所需時間/s
	v(CaCl2)：v(NaHCO3)
	1:5	2:5	4:5	1:1
1.0	142	124	114	156
0.5	368	264	244	284
0.25	882	450	354	632
0.1	1126	1316	816	1816

由實驗數據可得出的結論是：

①當v(CaCl2)：v(NaHCO3)一定時，隨著_____，氣體逸出速率減小；

②NaHCO3濃度在0.1～1.0mol/L，v(CaCl2)與v(NaHCO3)的比值為____時，氣體逸出速率最快，可獲得理想的實驗觀察效果。

Answer 1

【答案】 （鐵）坩堝 酒精燈 坩堝鉗（坩堝鉗可不采分） ① m2 = m1 ②m2 = m1 ③m1 < m2 < m1 1.0×10-6.5 不正確 2HCO3- + Ca2+ = CaCO3↓+ H2O + CO2↑ c(NaHCO3) 的減小 4:5

【解析】（1）本題考查實驗儀器的選用，根據實驗原理，需要采用加熱方法，確定其成分，方法步驟是取用藥品→稱量→在坩堝中加熱→干燥器中冷卻（防止碳酸鈉在空氣中冷卻，帶有水）→稱量，因此需要用到的儀器有藥匙、托盤天平、坩堝、泥三角、三腳架、酒精燈、玻璃棒、坩堝鉗、干燥器等；（2）本題考查成分的測定，①碳酸鈉穩定，受熱不易分解，因此m1=m2，說明樣品為Na2CO3；②碳酸氫鈉受熱易分解，即2NaHCO3 Na2CO3＋CO2＋H2O，根據反應方程式，求出m2=53m1/84g，說明樣品為NaHCO3；③當m2在①②之間，即m1 < m2 < m1，說明樣品是Na2CO3和NaHCO3；（3）本題考查電離平衡常數和溶度積的計算，Ka2=c(H＋)×c(CO32－)/c(HCO3－)=10－8.5×c(CO32－)/0.49=5.6×10－11，解得c(CO32－)=2.744×10－2.5mol·L－1，c(Ca2＋)=Ksp/c(CO32－)=2.8×10－9/2.744×10－2.5mol·L－1=1×10－6.5mol·L－1；當所加c(Ca2＋)> 1×10－6.5mol·L－1，有沉淀產生，故預測結論不正確；（4）本題考查根據實驗現象得出結論，白色沉淀是CaCO3，氣體是CO2，因此離子反應方程式為HCO3－＋Ca2＋=CaCO3↓＋H2O＋CO2↑；（5）考查從實驗數據中得出結論，①根據表格數據，隨著c(NaHCO3)的減小，氣體逸出速率減小；②根據表格數據，時間越短，逸出速率越快，當v(CaCl2)與v(NaHCO3)的比值為4：5時，逸出速率最快。