Question

3．某天然堿（純凈物）可看作由CO₂和NaOH反應后的產(chǎn)物所組成．稱取天然堿樣品四份，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的鹽酸溶液30mL，產(chǎn)生CO₂的體積（標準狀況）如表：

	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
鹽酸液的體積（mL）	30	30	30	30
樣品（g）	3.32	4.15	5.81	7.47
二氧化碳的體積（mL）	672	840	896	672

（1）由第Ⅰ組數(shù)據(jù)中的CO₂體積與樣品質量之比，可以推測用2.49g樣品進行同樣的實驗時，產(chǎn)生CO₂504mL（標準狀況）．
（2）另取3.32g天然堿樣品于300℃加熱分解至完全（300℃時Na₂CO₃不分解），產(chǎn)生CO₂112mL（標準狀況）和水0.45g，計算并確定該天然堿的化學式．
（3）已知Na₂CO₃和HCl（aq）的反應分下列兩步進行：
Na₂CO₃+HCl→NaCl+NaHCO₃     Na₂CO₃+HCl→NaCl+CO₂↑+H₂O
由上表中第Ⅳ組數(shù)據(jù)可以確定所用的HCl（aq）的濃度為2.5mol/L．
（4）依據(jù)表所列數(shù)據(jù)以及天然堿的化學式，討論并確定上述實驗中CO₂（標準狀況）體積V（mL）與樣品質量W（g）之間的關系式．

Answer 1

分析 （1）由圖表可知，二氧化碳的最大體積是896mL，即0.04mol，此時根據(jù)碳元素守恒，碳酸鈉的質量是4.24g，當m（樣品）≤4.24g時，樣品質量與CO₂體積成正比；
（2）3.32g樣品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
n（H₂O）=$\frac{0.45g-0.005mol×18g/mol}{18g/mol}$=0.02mol．
由碳元素守恒得：
n（Na₂CO₃）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$-0.01mol=0.02mol，
結合物質的量比確定化學式；
（3）結合IV數(shù)據(jù)計算n（HCl），結合c=$\frac{n}{V}$計算；
（4）當生成二氧化碳的體積是0時，碳元素全部轉化為碳酸氫鈉，此時質量是3.36g，當4.24g≤m（樣品）≤3.36g時，30mL鹽酸全部參加反應．其中m（樣品）=2.24g時，樣品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（樣品）=3.36g時，樣品中Na₂CO₃恰好生成NaHCO₃．

解答 解：（1）二氧化碳的最大體積是896mL，即0.04mol，根據(jù)碳元素守恒，此時只有碳酸鈉，其質量是4.24g，m（樣品）≤4.24g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$\frac{2.49}{V}$=$\frac{3.32g}{672mL}$，解得V=504mL，
故答案為：504；
（2）3.32g樣品中，n（NaHCO₃）=2n（CO₂）=2×$\frac{0.112L}{22.4L/mol}$=0.01mol，
n（H₂O）=$\frac{0.45g-0.005mol×18g/mol}{18g/mol}$=0.02mol．
由碳元素守恒得：
n（Na₂CO₃）=$\frac{0.672L}{22.4L/mol}$-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）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)知道，30mL HCl（aq）中所含HCl物質的量=$\frac{7.47g}{332g/mol}$×2+$\frac{672}{22400}$mol=0.075mol，所以鹽酸濃度c（HCl）=$\frac{0.075mol}{0.03L}$=2.5mol/L，
故答案為：2.5；
（4）和30mLHCl（aq）完全反應的樣品的質量：$\frac{0.075mol}{5}$×332g/mol=4.98g，樣品中Na₂CO₃和鹽酸反應完全生成NaHCO₃時（沒有CO₂放出時），樣品質量：$\frac{0.075mol}{2}$×332g/mol=12.45g，
當0＜W＜4.98時，V（CO₂）=202.4W（mL），當4.98≤W≤12.45時，V（CO₂）=1680-134.9W（mL），當W≥12.45，時，V（CO₂）=0，
答：上述實驗中CO₂（標準狀況）體積V（mL）與樣品質量W（g）之間的關系式為：0＜W＜4.98時，V（CO₂）=202.4W（mL），當4.98≤W≤12.45時，V（CO₂）=1680-134.9W（mL），當W≥12.45，時，V（CO₂）=0．

點評 本題考查測定物質含量的計算，為高頻考點，把握物質的性質、發(fā)生的反應及物質的量關系為解答的關鍵，側重分析與計算能力的考查，注意表格數(shù)據(jù)的分析與應用，題目難度較大．