Question

某校化學研究性學習小組的同學對一包因敞口放置已部分變質的氫氧化鈉產生了興趣，想通過實驗測定其中碳酸鈉的質量分數，請參與他們的探究過程．
提出問題：樣品中碳酸鈉的質量分數是多少？
知識準備：
（1）氫氧化鈉不能敞口放置的原因是：①______：②______．
（2）判斷氫氧化鈉是否變質的方法之一是向樣品中加鹽酸，反應的化學方程式是：______、______．
（3）判斷氫氧化鈉是否變質的另一種方法是將樣品溶于水，再向樣品中加澄清石灰水，看是否變渾濁，反應的化學方程式是：______．
（4）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；
設計方案：
甲組同學：稱取16.40g樣品，放入足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．）
乙組同學：稱取16.40g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：
（1）乙組同學判斷石灰水是否過量的方法是______；
（2）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：______．
交流與反思：
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：______；
小明又重新設計新方案：
設計方案：
先用電子秤準確稱取16.40g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51.40g，再把175.00g 7.3%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	76.40	101.40	126.40	151.40	174.20	197.00	222.00

解決問題：
請根據上述實驗數據，計算樣品中氫氧化鈉的質量分數為______．（不要求寫計算過程）

Answer 1

（1）氫氧化鈉放置在空氣中易吸水而潮解，因為是強堿，所以能與酸性物質或氣體發生反應而變質，如空氣中的二氧化碳，因此應密封保存．故答案為：①防止氫氧化鈉吸水而潮解；②防止氫氧化鈉吸收二氧化碳而變質．
（2）氫氧化鈉能與空氣中的二氧化碳發生反應生成碳酸鈉，因為變質產物中含有碳酸根離子，因此檢驗是否發生變質時就是檢驗碳酸根離子的存在，因此可采用滴加鹽酸試劑的方法，若變質則有氣泡產生．因為是在堿性溶液中，酸和堿同時要發生中和反應，因此答案為：NaOH+HCl═NaCl+H₂O，Na₂CO₃+2HCl═2NaCl+H₂O+CO₂↑．
（3）檢驗碳酸根離子存在的方法除上述之外，還可能滴加氫氧化鈣溶液的方法，因為碳酸根離子能與鈣離子反應生成難溶的碳酸鈣而出現白色沉淀．所以答案為：Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH．
（4）（1）鈣離子的檢驗同樣可以用含碳酸根離子的溶液，如碳酸鈉來進行檢驗．因此本題答案為：靜置后，取上層清液滴加碳酸鈉溶液，看是否變渾濁；
（2）設樣品中碳酸鈉的質量為x，
Na₂CO₃+Ca（OH）₂═CaCO₃↓+2NaOH
106              100
x                10.00g
解得x=10.60g
所以：

10.60g

16.40g

×100%=64.6%，所以答案為：64.6%．
并把生成的氣體通入澄清的石灰水中，石灰水變渾濁．
因為樣品中有水，無法測出樣品的氫氧化鈉的質量，所以以上數據不能計算出樣品中氫氧化鈉的質量分數，所以答案為：樣品中有水，無法測出樣品的氫氧化鈉的質量；
由（1）可知，在加入的鹽酸中，一部分與氫氧化鈉發生中和反應，另一部分與變質的碳酸鈉反應，同時，生成了二氧化碳氣體，因此整個過程前后質量的變化實際就是生成的二氧化碳的質量，因此：（51.40g+175.00g）-222.0g=4.4g；
由第五次、第六次都是產生2.2g的質量差可知本兩次都是加入的算完全反應，且對應的二氧化碳都是2.2g．所以前四次的酸都是與氫氧化鈉完全反應的．
設所用鹽酸的質量分數為x．以第五次的數據求算鹽酸的質量分數．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
      73              44
      25gx            2.2g

73

25gx

=

44

2.2g

x=14.6%．
這樣違背了給出的鹽酸的質量分數7.3%的說明，所以在反應中，在生成二氧化碳之前，碳酸鈉和鹽酸的反應先生成碳酸氫鈉和氯化鈉，這樣導致不能前四次沒有氣體產生．Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl．但是消耗酸的總量與最終生成二氧化碳還是成正比的．
設碳酸鈉最終轉化為二氧化碳，整個過程消耗的鹽酸溶液的質量為z．
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
      73              44
      7.3%z            4.4g

73

7.3%z

=

44

4.4g

z=100g．
由于前四次的鹽酸中，和氫氧化鈉反應的只有100g-50g=50g．
設氫氧化鈉的質量為y．
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40    36.5
y     50g×7.3%

40

36.5

=

y

50g×7.3%

y=4g（16.4g中另外的1.8g是水）
所以樣品中氫氧化鈉的質量分數為：

4g

16.4g

×100%=24.4%．所以答案為24.4%．