Question

3．某天然堿（純凈物）可看作由CO₂和NaOH反應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(zhì)量之比，可以推測(cè)用2.49g樣品進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生CO₂504mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）．
（2）另取3.32g天然堿樣品于300℃加熱分解至完全（300℃時(shí)Na₂CO₃不分解），產(chǎn)生CO₂112mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況）和水0.45g，計(jì)算并確定該天然堿的化學(xué)式．
（3）已知Na₂CO₃和HCl（aq）的反應(yīng)分下列兩步進(jìn)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(xué)式，討論并確定上述實(shí)驗(yàn)中CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）體積V（mL）與樣品質(zhì)量W（g）之間的關(guān)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(shí)根據(jù)碳元素守恒，碳酸鈉的質(zhì)量是4.24g，當(dāng)m（樣品）≤4.24g時(shí)，樣品質(zhì)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(jié)合物質(zhì)的量比確定化學(xué)式；
（3）結(jié)合IV數(shù)據(jù)計(jì)算n（HCl），結(jié)合c=$\frac{n}{V}$計(jì)算；
（4）當(dāng)生成二氧化碳的體積是0時(shí)，碳元素全部轉(zhuǎn)化為碳酸氫鈉，此時(shí)質(zhì)量是3.36g，當(dāng)4.24g≤m（樣品）≤3.36g時(shí)，30mL鹽酸全部參加反應(yīng)．其中m（樣品）=2.24g時(shí)，樣品中Na₂CO₃、NaHCO₃都恰好生成CO₂；m（樣品）=3.36g時(shí)，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(shí)只有碳酸鈉，其質(zhì)量是4.24g，m（樣品）≤4.24g時(shí)，樣品質(zhì)量與CO₂體積成正比．
設(shè)2.49g樣品反應(yīng)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(zhì)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(yīng)的樣品的質(zhì)量：$\frac{0.075mol}{5}$×332g/mol=4.98g，樣品中Na₂CO₃和鹽酸反應(yīng)完全生成NaHCO₃時(shí)（沒有CO₂放出時(shí)），樣品質(zhì)量：$\frac{0.075mol}{2}$×332g/mol=12.45g，
當(dāng)0＜W＜4.98時(shí)，V（CO₂）=202.4W（mL），當(dāng)4.98≤W≤12.45時(shí)，V（CO₂）=1680-134.9W（mL），當(dāng)W≥12.45，時(shí)，V（CO₂）=0，
答：上述實(shí)驗(yàn)中CO₂（標(biāo)準(zhǔn)狀況）體積V（mL）與樣品質(zhì)量W（g）之間的關(guān)系式為：0＜W＜4.98時(shí)，V（CO₂）=202.4W（mL），當(dāng)4.98≤W≤12.45時(shí)，V（CO₂）=1680-134.9W（mL），當(dāng)W≥12.45，時(shí)，V（CO₂）=0．

點(diǎn)評(píng) 本題考查測(cè)定物質(zhì)含量的計(jì)算，為高頻考點(diǎn)，把握物質(zhì)的性質(zhì)、發(fā)生的反應(yīng)及物質(zhì)的量關(guān)系為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析與計(jì)算能力的考查，注意表格數(shù)據(jù)的分析與應(yīng)用，題目難度較大．