Question

在研究酸和堿的化學性質時，某小組同學想證明：稀H₂SO₄與NaOH溶液混合后，雖然仍為無色溶夜，但確實發生了化學反應．請你與他們一起完成實驗方案的設計、實施和評價．
（1）方案一：測定稀H₂SO₄與NaOH 溶夜混合前后的pH（20℃）．測定某NaOH 溶夜的pH，pH______7（選填“大于”“等于”或“小于”）．將一定量的稀H₂SO₄ 加入該NaOH 溶夜中，混合均勻后測定其pH，pH小于7．
結論：稀H₂SO₄ 與NaOH 溶液發生了化學反應，并且______過量．該反應化學方程式為______
（2）為了進一步獲取稀H₂SO₄ 與NaOH 溶液確實發生了化學反應的證據，依據中和反應是放熱反應，H₂SO₄ 與NaOH反應是______（選填“放熱”“吸熱”或“無熱量變化”）的反應，采用稀H₂SO₄ 與NaOH 溶液進行實驗驗證，具體操作是______．
（3）方案二：利用酸堿指示劑．回憶課堂上你和老師共同完成的酸、堿反應的實驗探究，并依照下列要求進行實驗的設計與分析：
①請你依據如圖所示設計一個酸和堿反應的探究實驗．

表1 探究實驗

實驗步驟	實驗現象	結論
a．向燒杯中加入10ml 氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞溶液； b．再用滴管慢慢滴入稀硫酸，并不斷攪拌	a．溶液顏色______； b．不斷攪拌溶液至溶液 顏色恰好變成______為止．	酸和堿發生了中和反應， 該反應屬四種基本反應 類型中的______反應．

②選取BaCl₂、酚酞、紫色石蕊溶液設計實驗，分別探究上述酸、堿反應后燒杯中的硫酸是否過量，請你根據表2判斷正確的實驗方案及分析方案錯誤的原因．
表2 探究實驗

實驗方案	實驗步驟	實驗現象	實驗結論
方案一	取樣，滴入適量的氯化鋇溶液	出現白色沉淀	硫酸過量
方案二	取樣，滴入幾滴無色酚酞溶液	酚酞溶液不變色	酸、堿恰好反應
方案三	取樣，滴入幾滴紫色石蕊溶液	溶液變紅	硫酸過量

設計的三個方案中，有一個正確的方案是______，請分析另外兩個方案，錯誤的原因______、______．

Answer 1

解：（1）硫酸和氫氧化鈉溶液的pH值，硫酸的pH小于7，氫氧化鈉的pH大于7．當混合后，測定其pH小于7時，說明溶液顯酸性，即硫酸有剩余，反應物是氫氧化鈉和硫酸，生成物是硫酸鈉和水，用觀察法配平，所以方程式是：2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；
（2）酸堿中和反應放出熱量，在反應前后通過用溫度計測定反應前后溶液溫度的變化，來判斷是否發生了化學反應；
（3）向燒杯中加入10ml 氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞溶液，所以滴入酚酞后的顏色變化是由無色變紅色（酚酞遇堿變紅）．第二步是滴入適量的硫酸，溶液會由紅色變成無色，證明堿被慢慢消耗，從而證明酸和堿發生了反應，氫氧化鈉和硫酸發生的是中和反應生成對應的硫酸鈉和水，兩種化合物相互交換成分生成兩種新化合物的反應類型，屬于復分解反應；
對于硫酸是否過量的判斷實際上是判斷溶液中是否依然顯酸性
方案一是錯誤的，取樣，滴入適量的氯化鋇溶液，有白色沉淀生成，不能說明硫酸過量，因為氫氧化鈉與硫酸反應生成的硫酸鈉也能與氯化鋇反應生成白色沉淀；
方案二也是錯誤的，如果硫酸過量，酚酞試液也是無色的，所以不一定是恰好完全反應；
方案三是正確的．
故答案為：（1）＞；H₂SO₄；2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；（2）放熱；測定反應前后溶液溫度差；（3）

實驗步驟	實驗現象	結論
a．向燒杯中加入10ml 氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞溶液； b．再用滴管慢慢滴入稀硫酸，并不斷攪拌	a．溶液顏色 變紅色； b．不斷攪拌溶液至溶液 顏色恰好變成 無色為止．	酸和堿發生了中和反應， 該反應屬四種基本反應 類型中的 復分解反應反應．

方案三；方案一錯誤的原因是溶液中有硫酸鈉生成，存在硫酸根也能與氯化鋇反應生成白色沉淀；方案二錯誤的原因是酸過量酚酞也是無色．
分析：（1）根據溶液的酸堿性和pH值的關系考慮；（2）根據酸堿中和反應放出熱量，在反應前后通過用溫度計測定反應前后溶液溫度的變化考慮；（3）硫酸和氫氧化鈉的反應，兩者是否完全反應是存在三種可能的，而題目限定在恰好完全反應和硫酸過量的兩種情況下的，所以只需要關注硫酸是否有剩余即可．當硫酸剩余時，既可以借助測定溶液的pH值，也可以借助酸的通性來進行，其實質都是檢測氫離子或者消耗氫離子．
點評：注意從題目限制的環境下進行實驗的設計，這樣能夠避免設計中出現的過多的情況的考慮，從而降低題目的難度．