Question

某校化學研究性學習小組的同學對一瓶敞口放置的氫氧化鈉產生了興趣，甲乙兩組同學圍繞這瓶氫氧化鈉進行了一系列的探究活動．

提出問題

①氫氧化鈉是否完全變質②樣品中碳酸鈉的質量分數是多少？

查閱資料

①氫氧化鈉與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水．
②向氫氧化鈉和碳酸鈉混合物中加入鹽酸時，鹽酸先與氫氧化鈉反應，再與碳酸鈉反應；

設計實驗

實驗一：探究氫氧化鈉固體的變質情況．
①取少量該固體樣品置于試管中，向其中加入稀鹽酸，發現有氣泡產生，說明該樣品中含有碳酸鈉，由此可確定該固體已發生變質．則反應方程式為：

Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑

．
②如果氫氧化鈉已經完全變質，甲組同學認為取少量固體溶于水，向其中滴加無色酚酞后，溶液應呈無色，乙組同學思考后認為甲組同學的想法是錯誤的，原因是：

碳酸鈉和氫氧化鈉溶液都顯堿性，使酚酞試液變成紅色

．
③為探究該固體中是否還有未變質的氫氧化鈉，同學們又進行了如下表所示的實驗．請將下表填寫完整．

實驗目的	實驗操作	現象	結論或化學方程式
除去碳酸鈉	取少量該固體樣品溶于水配成溶液，滴加適量的氯化鈣溶液，充分反應后過濾	產生白色沉淀	有關反應的化學方程式為 Na2CO3+CaCl2=2NaCl+CaCO3↓
檢驗是否含有氫氧化鈉	向過濾后的濾液中滴入 酚酞試液	變紅	該樣品中含有氫氧化鈉

實驗二：測定其中碳酸鈉的質量分數

設計方案

①甲組同學：稱取20.00樣品，放入過量的鹽酸直到反應停止，共收集到4.40g二氧化碳．（設計思路：根據樣品與鹽酸反應生成二氧化碳的質量求出碳酸鈉的質量，再計算樣品中碳酸鈉的質量分數．）
②乙組同學：稱取20.00g樣品，加水配成溶液，向溶液中加入過量的澄清石灰水．過濾、洗滌、干燥，共得到白色沉淀10.00g．（設計思路：根據樣品與石灰水反應生成沉淀碳酸鈣的質量，先求出碳酸鈉的質量，再計算樣品中碳酸鈉的質量分數．）

解決問題

根據兩組同學的實驗結果，請你幫助他們計算出樣品中碳酸鈉的質量分數：（任選一組寫出計算過程）

交流與反思

（1）在交流時，老師問同學們“能否用上述實驗所得的數據計算出樣品中氫氧化鈉的質量分數”，甲乙兩組的同學都一致認為可以．但小明思考后，覺得甲、乙兩種方案都不妥，理由是：

樣品中有水，無法測出樣品的氫氧化鈉的質量

．
（2）小明又重新設計新方案：先用電子秤準確稱取20.00g變質的NaOH樣品放入錐形瓶中，用電子秤秤得錐形瓶及樣品的總質量為70.00g，再把175.00g7.3%稀鹽酸平均分成7份依次加入樣品中，每次充分反應用電子秤秤得錐形瓶及所盛物質的質量，實驗數據記錄如下：

加入鹽酸的次數	第一次	第二次	第三次	第四次	第五次	第六次	第七次
錐形瓶及所盛物質的總質量	95.00	120	145	170	192.8	215.6	240.6

（2）請根據上述實驗數據，計算樣品中氫氧化鈉的質量分數為

40.0%

（不要寫出計算過程）

Answer 1

分析：實驗一：①根據鹽酸和碳酸鈉反應生成氯化鈉、水和二氧化碳進行解答；
②根據碳酸鈉和氫氧化鈉溶液的堿性分析；
③根據氯化鈣和碳酸鈉反應生成碳酸鈣白色沉底和氯化鈉以及氫氧化鈉能使酚酞試液變紅進行解答；
實驗二：【解決問題】根據產生二氧化碳的質量或者生成碳酸鈣的質量求出碳酸鈉的質量進而求出樣品中碳酸鈉的質量分數進行解答；
【交流與反思】（1）根據氫氧化鈉具有吸水性，樣品中除去碳酸鈉不只有氫氧化鈉還有水進行解答．
（2）根據鹽酸先和氫氧化鈉反應，沒有氣體生成，所以開始溶液質量不變，氫氧化鈉反應完畢后鹽酸再和碳酸鈉反應生成二氧化碳氣體，質量會減少進行解答．

解答：解：實驗一：①鹽酸和碳酸鈉反應生成氯化鈉、水和二氧化碳，反應方程式為Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑；
②因為碳酸鈉和氫氧化鈉溶液都顯堿性，使酚酞試液變成紅色，所以不能先用酚酞試液檢驗；
③氯化鈣和碳酸鈉反應生成碳酸鈣白色沉淀和氯化鈉，氫氧化鈉溶液能使酚酞試液變紅．

實驗目的	實驗操作	現象	結論或化學方程式
除去碳酸鈉	取少量該固體樣品溶于水配成溶液，滴加適量的氯化鈣溶液， 充分反應后過濾	白色沉淀	有關反應的化學方程式為 Na2CO3+CaCl2=2NaCl+CaCO3↓
檢驗是否含有氫氧化鈉	向過濾后的濾液中滴入酚酞試液	變紅	該樣品中含有氫氧化鈉

實驗二：【解決問題】①設碳酸鈉質量為x
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                   44
x                    4.4g

106

x

=

44

4.4g

     x=10.6g
 樣品中碳酸鈉的質量分數=

10.6g

20g

×100%=53.0% 
答：樣品中碳酸鈉的質量分數53.0%．  
或②設碳酸鈉質量為y
Na₂CO₃+CaCl₂=2NaCl+CaCO₃↓
106                 100
y                   10.00g
  

106

y

=

100

10.00g

     y=10.6g
樣品中碳酸鈉的質量分數=

10.6g

20g

×100%=53.0% 
答：樣品中碳酸鈉的質量分數53.0%．   
【交流與反思】（1）氫氧化鈉具有吸水性，樣品中除去碳酸鈉不只有氫氧化鈉還有水，故甲、乙兩種方案都不妥；
（2）鹽酸先和氫氧化鈉反應，沒有氣體生成，所以開始溶液質量不變，氫氧化鈉反應完畢后鹽酸再和碳酸鈉反應生成二氧化碳氣體，質量會減少．
由題中數據分析可知，前四次溶液質量沒有變化，所以前四次反應的鹽酸和氫氧化鈉消耗的．
氫氧化鈉消耗鹽酸的質量為175.00g×4/7=100.0g
設樣品中氫氧化鈉的質量為x．
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40     36.5
x      100．Og×7.3%

40

x

=

36.5

100.0g×7.3%

       x=8.0g
樣品中氫氧化鈉的質量分數=

8.0g

20g

×100%=40.0%
答：樣品中氫氧化鈉的質量分數為40.0%．
故答案為：實驗一：①Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑；
②產生白色沉淀；Na₂CO₃+CaCl₂=2NaCl+CaCO₃↓； 酚酞試液；變紅；       
實驗二：①設碳酸鈉質量為x
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                   44
x                    4.4g

106

x

=

44

4.4g

     x=10.6g
 樣品中碳酸鈉的質量分數=

10.6g

20g

×100%=53.0% 
答：樣品中碳酸鈉的質量分數53.0%．  
或②設碳酸鈉質量為y
Na₂CO₃+CaCl₂=2NaCl+CaCO₃↓
106                 100
y                   10.00g
  

106

y

=

100

10.00g

     y=10.6g
樣品中碳酸鈉的質量分數=

10.6g

20g

×100%=53.0% 
答：樣品中碳酸鈉的質量分數53.0%．
【交流與反思】（1）理由是：樣品中有水，無法測出樣品的氫氧化鈉的質量；
（2）40.0%．

點評：解答本題關鍵是要知道碳酸鈉顯堿性，也能使酚酞試液變紅色，只有先把碳酸鈉除掉才能再加入酚酞試液，驗證是否含有氫氧化鈉．再進行計算時利用質量守恒計算反應后溶液質量比較直觀：反應既不產生氣體又無沉淀，反應后所得溶液質量即為反應前兩溶液的質量和．