Question

自然界存在某天然堿（純凈物）的化學組成可表示為aNa₂CO₃?bNaHCO₃?cH₂O（a、b、c 為正整數(shù)）．現(xiàn)稱取不同質量的天然堿樣品，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的鹽酸溶液30.0ml，產生CO₂ 的體積（標準狀況）如圖所示．


（1）若用2.49g樣品進行同樣的實驗時，產生CO₂______mL（標準狀況）．
（2）另取3.32g天然堿樣品于300⁰C加熱分解至完全（300⁰C 時Na₂CO₃ 不分解）產生CO₂ 112ml（標準狀況）和水0.450g，試通過計算確定該天然堿的化學式．
（3）實驗所用鹽酸的物質的量濃度是多少？
（4）若在上述某次實驗中，收集到336ml（標準狀況）的氣體，該此實驗中稱取天然堿樣品的質量可能是多少？

Answer 1

解析：題中圖示表示將30mL鹽酸逐滴加入樣品溶液中，所加樣品質量與生成CO₂的體積（標準狀況）的關系．
（1）m（樣品）≤4.98g時，樣品質量與CO₂體積成正比．設2.49g樣品反應生成CO₂的體積為V，則

2.49g

V

=

3.32g

672ml

，V=504mL，故答案為：504；
（2）3.32g樣品中，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，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4.98g≤m（樣品）≤12.45g時，30mL鹽酸全部參加反應．其中m（樣品）=4.98g時，樣品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（樣品）=12.45g時，樣品中Na₂CO₃恰好生成NaHCO₃．任一情形用于計算鹽酸濃度都很方便．
樣品質量為4.98g時，反應式為：
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：實驗所用鹽酸的物質的量濃度是2.5mol/L．
（4）收集到336ml氣體時，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，設天然堿的質量為x，
則

x

336ml

=

3.32g

672ml

，x=1.16g；
②天然堿過量時，設需要ymol天然堿，
則含有2ymolNa₂CO₃，ymolNaHCO₃，發(fā)生反應有：
Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl
NaHCO₃+HCl=CO₂↑+NaCl+H₂O
則：2y+

0.336L

22.4L/mol

=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1.66克； 天然堿過量時9.96克