1、1用盐酸探究氢氧化钠溶液的变质程度初中化学试题中经常出现以盐酸作为载体，来探究氢氧化钠溶液在空气中的变质程度的试题，这类题目的解析思路往往是 NaOH 吸收空气中的 CO2 而变质生成 Na2CO3，逐滴加入盐酸后根据是否立即产生气体还是加入一定量盐酸后才产生气体这两种反应现象，简单地判断 NaOH 是部分变质还是全部变质，从而形成一系列的计算问题。 例 1 （沪教化学课本第 208 页第 16 题）有一瓶在空气中敞口放置了一段时间的 NaOH 溶液。某实验小组欲测定其变质情况，取 100mL 该溶液，向其中逐滴滴加盐酸，产生气体的质量与加入盐酸的溶质的质量关系如图 1 所示。据此推测： （1
2、）该瓶溶液中溶质 NaOH 是否完全变质，为什么？ （2）计算 100mL 该溶液中参加反应的碳酸钠的质量。 根据教材编者的意图，教材给出的第一个问题的解题思路是开始滴入 HCl 没有气体生成的阶段当作 NaOH 与 HCl 反应的过程，然后再由 NaOH变质生成的 Na2CO3 与 HCl 反应放出 CO2 的过程，从而给出 NaOH 溶液部分变质的结论。教材给出第二个问题的解题思路是 Na2CO3 与 HCl 反应产生 4.4g CO2，从而得出 Na2CO3 的质量为 10.6g，消耗盐酸为 7.3g。需要说明的是此处与 Na2CO3 反应的盐酸质量恰好为横坐标酸量 10.95g -3.
3、65g，说明题中给出横坐标酸量即为盐酸溶质质量。 这里我们要明白，按照上面所描述的解题过程中已经忽略了两个问2题：其一是开始滴入 HCl 没有气体生成的阶段是否就是 NaOH 与 HCl 反应的过程；其二是滴入 HCl 恰有气体生成时是否就是 Na2CO3 与 HCl 反应产生 CO2 的过程。 基于以上两个问题，我们先进行以下问题的分析： 一、问题 1. 往 Na2CO3 溶液中逐滴滴入盐酸与往盐酸中逐滴滴入Na2CO3 溶液两者现象比较 往 Na2CO3 溶液中逐滴滴入盐酸时，首先发生反应：Na2CO3+HCl=NaHCO3，此阶段不产生 CO2，当 Na2CO3 完全转化为 NaHCO3
4、后，再继续逐滴滴入盐酸时才会有 CO2 生成，发生反应： NaHCO3+HCl= NaCl+H2O+CO2，两个过程所消耗的盐酸质量比为 11。现象为先无气泡产生后有气泡产生，即盐酸滴到总盐酸量一半时才有 CO2 气体产生。 往盐酸中逐滴滴入 Na2CO3 溶液时，发生反应：Na2CO3+HCl=NaHCO3 +NaCl，由于此时盐酸是过量的，立即会发生反应：NaHCO3+HCl=NaCl+H2O +CO2，即往盐酸中逐滴滴入 Na2CO3 溶液现象为立即有气泡产生，即立即有 CO2 气体产生。 二、问题 2. 用盐酸探究氢氧化钠溶液在空气中变质 1. 氢氧化钠溶液在空气中变质程度分析 由于空
5、气中的 CO2 与氢氧化钠溶液反应的量不确定，因此，氢氧化钠溶液吸收空气中的 CO2 后，所得溶液中溶质存在以下几种可能： （1）NaOH、Na2CO3； （CO2 不足，NaOH 过量） 3（2）Na2CO3； （CO2 恰好与 NaOH 完全反应，NaOH 恰好完全变质成Na2CO3） （3）Na2CO3、NaHCO3；（CO2 足量，NaOH 完全变质成Na2CO3、NaHCO3） （4）NaHCO3； （CO2 过量，NaOH 完全变质成 NaHCO3） 2. 用盐酸探究氢氧化钠在空气中变质 若氢氧化钠溶液变质程度为二.1 中（1）的情况，由于过量的 NaOH也要消耗盐酸（且该过程没有
6、气体放出） ，则向原氢氧化钠溶液中逐滴滴入盐酸至刚好产生气体时所消耗的盐酸的质量要超过所加入酸总量的一半（如图 2A） 。 若氢氧化钠溶液变质程度为二.1 中（2）的情况，逐滴滴入盐酸时，由于变质生成的 Na2CO3 与盐酸反应先生成 NaHCO3（该过程没有气体放出），后反应生成的 NaHCO3 与盐酸作用有气体放出，这两个过程所消耗的盐酸质量比为 11，则逐滴滴入盐酸至变质溶液刚好产生气泡时所消耗的盐酸的质量等于所加入酸总量的一半（如图 2B） 。 若氢氧化钠溶液变质程度为二.1 中（3）的情况，由于先发生Na2CO3 与盐酸反应生成 NaHCO3（该过程没有气体放出） ，此过程中消耗的盐
7、酸量比后进行的与 NaHCO3 反应（有气体放出）消耗的盐酸量少，则可得逐滴滴入盐酸至刚好产生气体时所消耗的盐酸量小于所加入酸总量的一半（如图 2C） 。 若氢氧化钠溶液变质程度为二.1 中（4）的情况，最为简单，当刚滴入盐酸时立即有气体产生。 4在以上两点分析的基础上，我们再来研究例题中的有关盐酸用量和产生量 CO2 量的关系。由于刚开始有气泡产生时消耗的酸液占总量的1/3，则与二.1 第（3）种情况相符。分析可知，所取溶液中溶质应当是Na2CO3 和 NaHCO3，即 NaOH 已变质完全，显然跟教材结论矛盾。且根据问题 2 有关情况结合图像分析可知与 Na2CO3 反应生成 NaHCO3
8、 消耗的酸量占酸液总量的 1/3，即为 3.65 g，原有的 Na2CO3 完全转化为 NaHCO3。而后与 NaHCO3 反应所消耗的 HCl 的量占酸液总量的 2/3，为 7.3 g，则理论上可产生 CO2 质量为 8.8g，亦跟教材图中产生的 4.4 g CO2 相矛盾。因此，若我们将盐酸的用量作为解题依据，认为教材习题的图像中所描述的情况应该是 NaOH 已完全变质成 Na2CO3 和 NaHCO3，且最终反应生成CO2 质量的点应“上移”到 8.8 g 处，如图 3 所示较为合理。 针对此题中出现的矛盾我们做出如下解释：按教材编者的意图，NaOH 溶液为部分变质，则与 NaOH 反应
9、的盐酸量为 3.65g，要产生 4.4g CO2 需消耗盐酸量为 7.3 g。按问题 2 中 Na2CO3 与 HCl 反应时的原理来分析，此 7.3 g 酸一半与 Na2CO3 反应生成 NaHCO3，一半再与反应生成的NaHCO3 作用生成 CO2。因此教材习题的图像中，刚开始有气泡冒出的点应当要“后推” ，且反应过程中消耗的盐酸量在理论上可按图 4 进行处理。我们再来看 2004 年南通市的一道中考题，就巧妙的设计了解题思路，避免了上述矛盾的出现。 例 2 （2004 年 南通中考题）研究性学习：探究实验室中久置的NaOH 的变质程度 研究方案 先称取 13.3g 的 NaOH 样品（杂
10、质为 Na2CO3） ，配成溶液，5然后向溶液中逐滴加入质量分数为 14.6%的稀盐酸，根据生成 CO2 的质量测定 Na2CO3 的质量。从而进一步确定样品中 NaOH 的变质程度。 解决问题 实验测得加入稀盐酸的质量与产生 CO2 气体的质量关系如图所示。填写下表：（计算结果保留小数点后一位） 继续探究 求实验过程中与 NaOH 反应所用盐酸的质量。 发现问题 根据“与 NaOH 反应所用盐酸的质量” ，对照图像，你发现了什么问题？ 解析：由图像可得逐滴滴入盐酸至刚好产生气体时所消耗的盐酸的质量要超过所加入酸总量的一半，即所得溶液中的溶质为 2.1 中（1）的情况，其实这在题目已知条件中已
11、给出，从一定程度上来说，降低了本题目的难度系数。 解决问题 设：所得溶液中 Na2CO3 的质量为 x，变质 NaOH 的质量为y Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2 106 44 x 2.2g 10644=x：4.4g 解得 x =5.3g 2NaOH + CO2=Na2CO3 + H2O 80 106 y 5.3g 80106 = y 5.3g 解得 y=4.0g 变质前 NaOH 的质量为 13.3 g -5.3 g +4.0 g=12g 6NaOH 的变质程度为 4.0g12g=33.3% 继续探究 设实验过程中与 NaOH 反应所用盐酸的质量 y NaOH + HCl
12、=NaCl + H2O 40 36.5 13.3 g -5.3 g y14.6% 4036.5=8 g（y14.6%）解得：y=50 g 发现问题 当 NaOH 被中和后，继续滴加盐酸为什么没有立即产生 CO2气体？ 现在我们从用酸量的角度来分析，根据题中的盐酸用量与产生 CO2气体的图像，依据问题 2 的讨论，我们可以得出其符合第（1）种情况，即 NaOH 溶液部分变质的结论，原溶液中溶质有 NaOH 和 Na2CO3。此题中当 NaOH 被中和后，继续滴加盐酸首先发生反应：Na2CO3+HCl=NaHCO3，此阶段不产生 CO2，当 Na2CO3 完全转化为 NaHCO3 后，再继续滴入盐
13、酸时就会有 CO2 生成，发生反应： NaHCO3+ HCl=NaCl+H2O+CO2，两个过程所消耗的盐酸质量比为 1：1。由此可得刚有 CO2 生成时盐酸的质量为 62.5 g，而并不是盐酸质量为 50 g 时，我们上面给出的详细解析过程是从 CO2 生成量的角度进行的，可见两者结果是相符的。此题中两种解析过程并不相驳，试题巧妙地设计了解题思路，充分考虑了例 1 和例 2 所讨论的有关情况，该题反应过程中消耗的 HCl 对应的量在理论上是按图 4 进行处理的。 因此，用盐酸探究氢氧化钠溶液在空气中的变质程度的试题时，不能简单地认为：一是刚开始滴入 HCl 没有气体生成的阶段一定是 NaOH 与7HCl 反应，也有可能是盐酸与变质后的 Na2CO3 反应生成 NaHCO3 的过程，二是滴入 HCl 恰有气体生成时并不是 Na2CO3 与 HCl 反应产生 CO2 的过程，而是 NaHCO3 与 HCl 反应产生 CO2 的过程。
