Question

天然堿的組成可以用（a、b、c為整數）表示。現有A、B兩種不同的天然堿樣品，分別進行如下實驗以確定其化學式。
將質量為31.0 g的天然堿A于300℃加熱分解至完全（300℃時Na₂CO₃不分解），產生CO₂ 2.24 L（標準狀況）和水5.4 g。
（1）天然堿A的化學式中：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
已知：Na₂CO₃與稀鹽酸的反應分下列兩步進行：
Na₂CO₃+HClNaCl+NaHCO₃   NaHCO₃+HClNaCl+CO₂↑+H₂O
將質量為12.45 g的天然堿B溶于水，逐滴滴加某濃度的稀鹽酸，產生氣體的體積與加入鹽
酸的體積（標準狀況）的關系如下表所示：

鹽酸體積（mL）	20	40	60	80
產生氣體體積（mL）	0	560	1680	2520

 
（2）由表中數據可推測加入50mL鹽酸時，產生氣體的體積為　　　　　　　　mL（標準狀況）；鹽酸的濃度為　　　　　　　mol/L；天然堿B的化學式為：　　　　　　　　　                   　　。
（3）若取一定質量的天然堿B加入到30mL該濃度的鹽酸中，請寫出產生氣體體積V（mL，標準狀況）與天然堿B質量W(g) 之間的關系式。

Answer 1

（1）a=1，b=2，c="2" (各1分，共3分)
（2）1120mL(2分) ； 2.5mol/L (2分) ；2Na₂CO₃·NaHCO₃ ·2H₂O  (3分)
（3）0g<W≤4.98g       V="67200W/332" mL(或V=202.41WmL)
4.78g<W<12.45g    V=1680﹣44800W/332 mL (或V=1680﹣134.94W mL)
W≥12.45g         V=0mL

試題分析：（1）利用2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O 這個原理。由題意可知n(CO₂)＝0.1 mol。
2NaHCO₃Na₂CO₃+   CO₂↑+   H₂O
2              1        1       1
0.2 mol        0.1 mol   0.1 mol  0.1 mol
m（NaHCO₃）="0.2" mol×84 g·mol^-1="16.8" g,所以晶體中，m（H₂O）="0.2" mol×18 g·mol^-1="3.6" g,m(Na₂CO₃)＝31 g-16.8 g-3.6 g＝10.6 g，。由此可知晶體中n(Na₂CO₃)∶n(NaHCO₃)∶n(H₂O)＝0.1 mol∶0.2 mol∶0.2 mol＝1∶2∶2。所以晶體化學式為Na₂CO₃·2NaHCO₃·2H₂O。
（2）①Na₂CO₃與鹽酸反應分步進行。首先發(fā)生：Na₂CO₃+HCl="NaCl+" NaHCO₃.當Na₂CO₃完全轉化為NaHCO₃后，發(fā)生NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑。若固體只含有Na₂CO₃，則前后兩步消耗的鹽酸物質的量相等。由56題由40到60ml當鹽酸體積增大了20ml時氣體體積增加了1120ml,故加入50mL鹽酸時，鹽酸體積增加了10ml時，產生氣體的體積就增加了560ml，即為1120ml。由表中數據當鹽酸體積由60到80ml增加20ml時，氣體的體積只增加了840ml,說明此時鹽酸過量，12.45克B完全反應完。可以求出n(CO₂)＝2520/22.4=0.1125mol，再由20ml鹽酸產生氣體1120ml，即為0.5mol，此時發(fā)生的反應為NaHCO₃+HCl=NaCl+H₂O+CO₂↑，可知鹽酸的物質的量為0.5mol，則濃度為0.5/0.02= 2.5mol/L。由數據鹽酸體積40ml對應氣體體積560ml，進行分析，鹽酸不中，固體剩余。n(HCl)＝0.1 mol,B中碳酸鈉物質的量為x,則碳酸氫鈉為0.1125-x,和碳酸鈉反應掉的鹽酸為xmol，和碳酸氫鈉反應的鹽酸為0.1-x，則有0.1-x="0.025" x=0.075mol，即碳酸鈉質量為0.075*106=7.95g,碳酸氫鈉為0.1125-x=0.1125-0.075=0.0375mol,質量為3.15g,水的質量為1.35g,物質的量為0.075mol。n(Na₂CO₃)∶n(NaHCO₃)∶n(H₂O)＝0.075mol∶0.0375 mol∶0.075mol＝2∶1∶2。
（3）當鹽酸與天然堿恰好完全反應生成CO₂時，天然堿2Na₂CO₃?NaHCO₃?2H₂O的摩爾質量為332g?mol－1，每摩爾天然堿消耗鹽酸5mol，則樣品質量為：(0.03×2.5×332)/5g＝4.98g；當樣品過量，_Na2CO3恰好轉化為NaHCO₃而沒有生成CO₂時，樣品質量為：(0.03×2.5×332)/2g＝12.45g。然后在0＜m≤4.98、4.98＜m≤12.45、1245≤m三個區(qū)間討論計算即可。