Question

某學習小組的同學在學習了Na₂CO₃、NaHCO₃的性質后，了解到它們都能與鹽酸反應產生CO₂氣體，那么如何鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃呢？帶著這樣的疑問，他們進行了下列探究：
【查閱資料】
（1）Ca（HCO₃）₂可溶于水；
（2）NaHCO₃固體受熱分解生成碳酸鈉、二氧化碳和水．
【猜想】
（1）甲同學認為可用澄清石灰水鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同學認為可用CaCl₂溶液鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
甲、乙兩同學的猜想是依據澄清石灰水、CaCl₂溶液分別與Na₂CO₃溶液反應均有沉淀產生；又知道Ca（HCO₃）₂可溶于水，因此猜測澄清石灰水、CaCl₂溶液分別與NaHCO₃溶液混合不會產生沉淀，從而鑒別出兩種溶液．
（3）丙同學認為固體Na₂CO₃、NaHCO₃可用加熱的方法鑒別．
【實驗探究】（1）甲同學在兩支分別盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的試管中，各加入澄清石灰水，觀察到兩支試管中的現象相同，均產生了白色沉淀，實驗結果與猜想不一致，即不能用澄清石灰水鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同學將CaCl₂溶液加入到分別盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的試管中，發現兩支試管中也都產生了白色沉淀，實驗結果
出乎意料，但根據觀察到的其他實驗現象，他認為仍可用CaCl₂溶液鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（3）丙同學分別取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固體于大試管中加熱（如圖3所示）：
①加熱Na₂CO₃時，開始即見小試管中有少量氣泡產生，繼續加熱，氣泡逐漸減少，未見澄清石灰水變渾濁，
②加熱NaHCO₃時，丙同學觀察到實驗現象與①不同，證實了自己的猜想是合理的．
【問題討論】（1）小組同學對上述實驗展開了討論，對甲同學的兩個實驗進行了比較，并從物質在溶液中解離出不同離子的微觀角度分析了原因（如圖1、圖2）．請寫出Na₂CO₃與澄清石灰水發生反應的化學方程式______；寫出NaHCO₃與澄清石灰水混合時參與反應的離子：______．

（2）乙同學的兩個實驗中，大家對CaCl₂與Na₂CO₃溶液的反應比較熟悉，而對CaCl₂與NaHCO₃溶液混合產生的現象難以理解，同學們又進一步查閱了資料，了解到CaCl₂與NaHCO₃溶液可發生如下反應：CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，因而同學們知道了乙同學是通過觀察到______現象來鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液的．至于CaCl₂與NaHCO₃溶液為什么能發生上述反應，老師指出其反應原理較復雜，有待于今后學習中進一步探究．
（3）丙同學在加熱Na₂CO₃固體時，開始產生少量氣泡的原因是______；根據你分析：Na₂CO₃受熱______分解（填“易”或“不易”）．在加熱NaHCO₃固體時，丙同學觀察到的實驗現象是______（任寫一種）．
【拓展應用】（1）固體Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通過______方法除去．
（2）把105g氯化鈣溶液與100g5.3%的碳酸鈉溶液混合，恰好完全反應，則反應所得溶液中溶質的質量分數是多少？（寫出完整的解題過程）．

Answer 1

【答案】分析：【問題討論】（1）通過分析圖中有關反應物混合前后離子的變化，可以寫出反應方程式和參與反應的離子；
（2）根據碳酸氫鈉、碳酸鈉與氯化鈣溶液反應的現象不同進行鑒別；
（3）根據空氣受熱膨脹分析在加熱Na₂CO₃固體時，開始產生少量氣泡的原因，根據在加熱NaHCO₃固體時有二氧化碳生成，二氧化碳能與石灰水中的氫氧化鈣反應，分析現象；
【拓展應用】（1）根據固體Na₂CO₃和NaHCO₃性質分析除去固體Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃的方法；
（2）根據氯化鈣與碳酸鈉反應的方程式，由碳酸鈉的質量科求出生成的氯化鈉、碳酸鈣的質量，再根據質量守恒定律和溶質質量分數的計算公式，求出所得溶液中溶質的質量分數．
解答：解：[問題討論]（1）由圖2可知Na₂CO₃和Ca（OH）₂混合后有新物質CaCO₃生成及自由鈉離子和氫氧根，所以方程式為：Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；由圖3可知NaHCO₃與澄清石灰水混合，反應前的離子有Na⁺、OH^-、HCO^-₃、Ca²⁺，反應后有新物質CaCO₃、H₂O、Na⁺、CO3^2-，對比前后可知參加反應的離子有OH^-、HCO^-₃、Ca²⁺；
（2）由題意可知，CaCl₂與NaHCO₃溶液反應，既有沉淀又有氣泡生成，CaCl₂與Na₂CO₃溶液反應只有沉淀生成．所以，乙同學是通過觀察到氣泡產生現象來鑒別Na₂CO₃和NaHCO₃溶液的；
（3）丙同學在加熱Na₂CO₃固體時，開始產生少量氣泡的原因是試管中的空氣受熱體積膨脹；Na₂CO₃受熱不易分解．在加熱NaHCO₃固體時，NaHCO₃固體受熱分解生成了碳酸鈉、二氧化碳和水，二氧化碳能與氫氧化鈣反應生成了碳酸鈣沉淀和水．所以，丙同學觀察到的實驗現象是澄清石灰水變渾濁；
【拓展應用】（1）由于NaHCO₃固體受熱分解生成了碳酸鈉、二氧化碳和水．所以，固體Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通過加熱方法除去；
（2）設反應生成氯化鈉的質量為x，生成碳酸鈣的質量為y
CaCl₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaCl
       106   100     117
   100g×5.3%  y      x
  ═ 解得：x=5.85g            
   ═ 解得：y=5g
所得溶液中溶質的質量分數是×100%═2.925%
故答為：[問題討論]（1）Ca（OH）₂+Na₂CO₃=CaCO₃↓+2NaOH；Ca²⁺、OH^-、HCO₃^-；（2）氣泡產生；（3）試管中的空氣受熱體積膨脹；  不易；   澄清石灰水變渾濁；
【拓展應用】（1）加熱；（2）反應所得溶液中氯化鈉的質量分數是2.925%．
點評：本題信息量、閱讀量很大，首先必須剔除干擾信息，再結合課本已有知識快速解題．