Na2CO3、NaHCO3混合物与盐酸反应的有关计算.doc

专题Na2CO3 / NaHCO3混合物与盐酸反应的有关计算一、将盐酸逐滴地滴入混合物溶液中1、混合物的量一定反应顺序：CO32-H+HCO3-；HCO3-H+CO2H2O.只有当盐酸和溶液中的CO32-全部反应完后，再和HCO3-反应生成CO2，其图像如左下图所示： 2、盐酸的量一定反应顺序：CO32-H+HCO3-；HCO3-H+CO2H2O. 如右上图所示：【图像说明：每取一个混合物质量，向其中滴入盐酸时产生CO2气体的图像跟左上图一样，只是每次的生成的CO2不一样，将各次实验的m(混合物)与其对应的V(CO2)画成图像，就是右上图。】首先，混合物量少，盐酸过量，发生反应后，再发生反应，生成CO2气体，且CO2气体随着混合物质量逐渐增加，直到混合物质量增加到a，盐酸与混合物正好完全反应，此时CO2体积达到最大值；然后，继续增加混合物的质量，发生反应时，盐酸过量，发生反应时，盐酸不足，随着混合物质量的增加，用于反应的盐酸越来越多，余下用于反应的盐酸越来越少，所以CO2体积逐渐减少，直到混合物质量增加到b，盐酸与混合物中的Na2CO3正好完全反应生成NaHCO3，此时CO2体积达到最小值0；再后，继续增加混合物的质量，盐酸不足，仅发生反应，未发生反应，CO2体积始终为0。 【实例1】(2000上海)某天然碱(纯净物)可看作由CO2和NaOH反应后的产物所组成。称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO2的体积(标准状况)如下表：编号盐酸溶液的体积 (mL)30303030样品的质量 (g)3.324.155.817.47CO2的体积 (mL)672840896672(1) 由第组数据中的CO2体积与样品质量之比，可以推测用2.49g样品进行同样的实验时，产生CO2 mL(标准状况)。(2) 另取3.32g天然碱样品于300加热分解至完全(300时Na2CO3不分解)产生112mL(标准状况) CO2和0.45g H2O，计算并确定该天然碱的化学式。(3) 已知Na2CO3和HCl(a.q)的反应分下列两步进行：Na2CO3HClNaClNaHCO3，NaHCO3HClNaClCO2H2O，由上表中第组数据可以确定所用HCl(a.q)的浓度为 mol/L。(4) 依据上表所列数据以及天然碱的化学式，讨论并确定上述实验中CO2的体积V(标准状况)与样品质量W(g)之间的关系式。判断：对比第组数据，第组中数据：样品质量增大为4.153.321.25倍，气体体积增大为8406721.25倍，说明第组、第组中盐酸过量。对比第组数据，第组中数据：样品质量增大为5.813.321.75倍，气体体积增大为8966721.33倍样品质量增大的倍数，说明第中盐酸不足，所以第组数据中盐酸更加不足。(1)根据上面的判断，当样品质量为2.49 g时，盐酸过量，CO2气体体积和样品质量成正比，设可生成CO2 x mL，列式得：3.32 : 6722.49 : x，解得：x504(2)由于加热样品有CO2和H2O生成，所以样品的组成不可能是NaOH和Na2CO3、或纯Na2CO3、又因为加热生成的CO2和H2O的物质的量不相等，所以样品的组成不可能是纯NaHCO3，只可能是由Na2CO3和NaHCO3以及结晶水按一定的比例组成。n(CO2)0.11222.40.005 mol， n(H2O)0.45180.025 mol，由：2NaHCO3 CO2 H2O，0.01 mol 0.005 mol 0.005 mol所以，n(结晶水)0.0250.0050.02 mol； n(NaHCO3)20.0050.01 mol；n(Na2CO3)3.32840.01180.021060.02 mol。【或根据表中第组数据的CO2的量进行计算】所以，n(Na2CO3) : n(NaHCO3) : n(结晶水)0.02 : 0.01 : 0.022 : 1 : 2 所以该天然碱样品的化学式为：【2Na2CO3NaHCO32H2O】(3)第组样品增加，CO2气体体积减少，说明盐酸不足，n(样品)7.473320.0225 mol，含：n(Na2CO3)0.022520.045 mol；n(CO2)0.672224000.03 mol由Na2CO3 HCl， NaHCO3 HCl CO2 0.045 mol 0.045 mol 0.03 mol 0.03 mol得：n(HCl)0.0450.030.075 mol，所以，c(HCl)0.0750.032.5 mol/L(4)当样品和盐酸恰好反应，此时CO2气体取得最大值(1008 mL)，W的值： 由【2Na2CO3NaHCO32H2O】5HCl，即：W3320.0755，得W4.98 g当样品中的Na2CO3和盐酸恰好反应，此时CO2气体体积为0，W的值：由【2Na2CO3NaHCO32H2O】2HCl，即：W3320.0752，得W12.45 g 讨论如下：当W4.98时，盐酸过量，由【2Na2CO3NaHCO32H2O】3CO2，所以，V(CO2)(3W/332)22.4 L当4.98W12.45时，固体过量，固体中的Na2CO3全部转化为NaHCO3，剩余HCl与部分NaHCO3反应生成CO2气体，由【2Na2CO3NaHCO32H2O】2HCl，NaHCO3HClCO2，所以，V(CO2)(0.0752W/332)22.4 L当W12.45时，固体过量，固体中的Na2CO3全部或部分转化为NaHCO3，NaHCO3没反应，无CO2气体生成，所以，V(CO2)0 L，如下图所示： 【实例2】现有一天然碱样品，其化学式可表示为2Na2CO3NaHCO32H2O，向其中逐滴地加入450 mL 1 mol/L的盐酸，充分反应后，共收集到CO2气体3.36 L(标准状况) ，求该天然碱样品的质量。参考答案：16.6 g 或49.8 g.解析：n(CO2)3.3622.40.15 mol，n(HCl)0.4510.45 mol判断：若样品与盐酸恰好完全反应：2Na2CO3NaHCO32H2O 5HCl 3CO2 5 mol 3 mol 0.45 mol n mol解得：n0.270.15（实际产生的CO2）因此，本题有两种可能的情况：1、盐酸过量2Na2CO3NaHCO32H2O 5HCl 3CO2 1 mol 3 mol x mol 0.15 mol解得：x0.05，所以，样品质量为：3320.0516.6 g2、盐酸不足2Na2CO3NaHCO32H2O 2HCl NaHCO3 1 mol 2 mol y mol 2y molNaHCO3 HCl CO2 (0.45-2y) mol 0.15 mol得：0.45-2y0.15，解得：y0.15，所以，样品质量为：3320.1549.8 g图像如左下图所示： 二、将混合物溶液逐滴地滴入盐酸中反应顺序：CO32-H+HCO3-；HCO3-H+CO2H2O.将混合物溶液逐滴滴入盐酸中，不管那种物质的量一定，由于滴入瞬间总是盐酸过量，混合物少量，所以首先发生反应，接着立即发生反应，生成CO2气体，直到盐酸或混合液耗完为止，CO2的体积不再变化。如右上图所示： 【实例3】有一Na2CO3和NaHCO3混合液和600 L 1 mol/L盐酸，现将其均分成两等份。(1)将一份盐酸逐滴地滴入到一份混合液中，共收集到CO2气体4.48 L(标准状况) ；(2)将另一份混合液逐滴地滴入到另一份盐酸中，共收集到CO2气体5.04 L(标准状况) 。试计算原混合液中溶质的组成。参考答案：原混合液中n(Na2CO3)0.2 mol； n(NaHCO3)0.4 mol解析：若是盐酸足量，无论那种加入方式生成的CO2气体的体积是相等的。而现在两种加入方式产生的CO2气体不相等，说明盐酸的量不足。第一种加入方式中，Na2CO3全部反应变成NaHCO3；第二种加入方式中Na2CO3和NaHCO3按混合液中的比例与盐酸反应直接生成CO2气体。方式一：n(HCl)10.6120.3 mol；n(CO2)14.4822.40.2 mol设一等份混合液中含Na2CO3 x mol，Na2CO3 HCl NaHCO3 NaHCO3 HCl CO2x x 0.3-x 0.2 得：0.3-x0.2，解得：x0.1 mol方式二：n(HCl)20.6120.3 mol；n(CO2)25.0422.40.225 mol设反应的Na2CO3 为y mol，反应的NaHCO3 为a mol，Na2CO3 2HCl CO2 NaHCO3 HCl CO2 y 2y y a a a得：2ya0.3； ya0.225解得：y0.075 mol； a0.15 mol反应的Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比0.075 : 0.151 : 2即：