Question

（12分）Na₂CO₃俗稱純堿、蘇打，NaHCO₃俗稱小蘇打，兩者在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)中都有著廣泛的應(yīng)用。某化學(xué)興趣小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來探究兩者的某些性質(zhì)。請你根據(jù)所學(xué)知識幫他們完成有關(guān)的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。

（1）甲同學(xué)測定兩者的酸堿性：各取一定量的固體溶于水，配成相同濃度的溶液，測定其pH值，測定結(jié)果為Na₂CO₃、NaHCO₃的pH分別為a和b（a、b均大于7）。

Ⅰ.測定溶液的pH值所用的主要儀器有：pH試紙、表面皿、         和標(biāo)準(zhǔn)比色卡。

Ⅱ.有關(guān)①100mL0.1mol·L^-1NaHCO₃、②100mL0.1 mol·L^-1Na₂CO₃兩種溶液的敘述不正確的是（    ）

   A.溶液中水電離出的OH^-個數(shù)：②>①     B.溶液中陰離子的物質(zhì)的量濃度之和：②>①

C.①溶液中：c(CO₃^2-)>c(H­₂CO₃)         D.②溶液中：c(HCO₃^-)>c(H­₂CO₃)

（2）乙同學(xué)取一定量的碳酸鈉溶液于試管中，滴加2～3滴酚酞試液，發(fā)現(xiàn)溶液變紅，繼續(xù)滴加BaCl₂溶液，預(yù)計(jì)可觀察到                             ，請你結(jié)合必要的離子方程式，應(yīng)用平衡的觀點(diǎn)解釋有關(guān)現(xiàn)象的產(chǎn)生：                                      。

（3）常溫下，現(xiàn)有pH均為11的標(biāo)簽?zāi)：�的NaOH和Na₂CO₃溶液，則NaOH溶液中由水電離出來的OH^-濃度為Na₂CO₃溶液中水電離出來OH^-濃度的      倍。丙同學(xué)設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)予以區(qū)別：各取1mL兩種溶液加水稀釋至1L，分別測定其pH。請問丙同學(xué)是如何判斷哪瓶溶液為Na₂CO₃溶液？             ；丁同學(xué)各取1mL兩種溶液，分別滴加少量AlCl₃溶液觀察有無沉淀或氣體進(jìn)行鑒別，則溶液滴加后同時產(chǎn)生沉淀和氣體的反應(yīng)離子方程式為                                        。

（4）已知：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9，不考慮其它因素影響，現(xiàn)將0.400 mol·L^－1的Na₂CO₃溶液和0.200 mol·L^－1的CaCl₂溶液等體積混合，則混合后溶液中Ca²⁺濃度為     mol·L^－1。

 

Answer 1

（1）Ⅰ.玻璃棒（1分） Ⅱ.C（1分）

 （2）紅色褪去，產(chǎn)生白色沉淀 （2分） ；由于Ba²⁺ +CO₃^2-=BaCO₃↓，使得溶液中CO₃^2-濃度減少，水解平衡CO₃^2-+ H₂O=HCO₃^-+OH^-向左移動，OH^-濃度減少，紅色褪去。（2分）  （1個離子方程式1分，文字說明1分）

   （3）10^-8（1分）   pH值較大的是Na₂CO₃（1分）（其它合理答案也給分）

3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=3CO₂↑+2Al(OH)₃↓（2分）

（4）4.96×10^-8    （2分）

解析:（1）測定pH時必須用玻璃棒蘸取待測液滴在試紙上；因?yàn)樵谙嗤瑵舛鹊臈l件下，碳酸鈉的電離程度大于碳酸氫鈉的電離程度，即碳酸鈉對水電離的促進(jìn)程度大，A正確。根據(jù)水解方程式CO₃^2－＋H₂O HCO₃^－＋OH^－、HCO₃^－＋H₂OH₂CO₃＋OH^－,可知每消耗1mol CO₃^2－水解后就生成2mol陰離子，而HCO₃^－的水解則是消耗1mol，就產(chǎn)生1mol，陰離子的個數(shù)是不變的，所以溶液中陰離子的物質(zhì)的量濃度之和：②>①，B正確。碳酸氫鈉顯堿性，說明其水解程度大于其電離程度，所以c(CO₃^2-)＜c(H­₂CO₃)，C不正確。CO₃^2－的水解主要以第一步水解為主，所以溶液中c(HCO₃^-)>c(H­₂CO₃)，D正確。

（2）碳酸鈉水解顯堿性方程式為CO₃^2－＋H₂O HCO₃^－＋OH^－、HCO₃^－＋H₂OH₂CO₃＋OH^－。滴加BaCl₂溶液，Ba^2＋會結(jié)合CO₃^2－生成BaCO₃沉淀，使水解平衡向逆反應(yīng)方向移動，堿性降低，紅色會褪去。

（3）強(qiáng)堿氫氧化鈉是抑制水的電離，pH為11，說明溶液中由水電離出的氫離子和OH^－濃度均是10^－11。而碳酸鈉水解顯堿性，是促進(jìn)水的電離，所以溶液中由水電離出的OH^－濃度為10^－3，所以是前者的10⁸倍。強(qiáng)堿溶液中不存在其電離平衡，當(dāng)稀釋100倍是氫氧化鈉的pH將減小3個單位，即由11到8。而碳酸鈉中存在水解平衡，稀釋會促進(jìn)水解，但堿性會降低，但會高于氫氧化鈉的pH。由于鋁離子和CO₃^2－的水解相互促進(jìn)，所以會產(chǎn)生氫氧化鋁沉淀，同時生成CO₂氣體。

（4）等體積混合后，CO₃^2－和Ca^2＋的濃度分別為0.200 mol·L^－1和0.100 mol·L^－1，此時二者之積是0.02＞4.96×10^-9，即會產(chǎn)生碳酸鈣沉淀。因?yàn)樘妓徕c過量，剩余碳酸鈉的物質(zhì)的量濃度是0.100

 

mol·L^－1，根據(jù)溶度積常數(shù)的表達(dá)式可知混合后溶液中Ca²⁺濃度為                      mol·L^－1。