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，雖然仍為無色溶液，但確實發生了化學反應．請與他們一起完成實驗方案設計、實施和評價．
（1）方案一：測定稀H₂SO₄與NaOH溶液混合前后的pH（常溫下）他們先測定出某NaOH溶液的pH______7（填“大于”、“等于”或“小于”），然后將一定量的稀H₂SO₄加入該NaOH溶液中，混合均勻后再測定其pH，發現其pH小于7．
結論：稀H₂SO₄與NaOH溶液發生了化學反應，并且______過量．
（2）方案二：利用酸堿指示劑
①探究稀H₂SO₄與NaOH溶液的反應

如圖所示進行實驗．當滴入幾滴酚酞溶液后，溶液由無色變為______色．根據上述過程中的顏色變化，確定稀H₂SO₄與NaOH溶液發生了反應，該反應的化學方程式為______．
②探究上述稀H₂SO₄與NaOH溶液反應后燒杯中的硫酸是否過量
根據上述反應過程中溶液變成無色，不能確定稀H₂SO₄是否過量，同學們又分別選取BaCl₂溶液與、紫色石蕊溶液、Na₂CO₃粉末設計實驗方案，請你判斷并分析：

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BaCl2溶液	出現白色沉淀	稀H2SO4過量
方案二	取樣，滴入幾滴紫色石蕊溶液	溶液變紅	稀H2SO4過量
方案三	取樣，加入Na2CO3粉末	有氣體產生	稀H2SO4過量

方案三中反應的化學方程式為______．上述設計的實驗方案中，不正確的是______（填“方案一”、“方案二”或“方案三”）．錯誤的原因是______．請你再設計一個實驗方案確定稀H₂SO₄是否過量，你選用______（填藥品或者方法）．

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．
（2）當借助酸堿指示劑
①圖中給出的實驗的第一步是向氫氧化鈉溶液中滴入了酚酞，所以滴入酚酞后的顏色變化是由無色變紅紅色（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，對應方程式為2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O．
②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．

實驗方案	實驗步驟	實驗現象及反應方程式	實驗分析
方案一	BaCl2溶液	出現白色沉淀 H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl；Na2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2NaCl	反應是通過生成沉淀來進行分析氫離子是否剩余的，而沉淀硫酸鋇的生成與氫離子無關，所以不能確定是否硫酸過量
方案二	紫色石蕊溶液	溶液變紅	紫色石蕊遇到酸性溶液變紅，所以通過石蕊變紅這一點可以證明氫離子的存在，進而確定硫酸是過量的．
方案三	Na2CO3粉末	有氣體產生 Na2CO3+H2SO4═Na2SO4+H2O+CO2↑	碳酸鈉遇到酸能夠反應生成二氧化碳氣體，所以加入碳酸鈉生成氣體時，能夠證明溶液顯酸性，即稀H2SO4過量

方案三中反應的化學方程式為 Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑．上述設計的實驗方案中，不正確的是 方案一．錯誤的原因是即使硫酸不過量，先前生成的硫酸鈉也能和氯化鋇反應生成白色沉淀（或者：反應是通過生成沉淀來進行分析氫離子是否剩余的，而沉淀硫酸鋇的生成與氫離子無關，所以不能確定是否硫酸過量）
其他的證明硫酸過量的方法可以使用氧化銅、氧化鐵等不溶性金屬氧化物或者不溶性氫氧化物氫氧化銅或者氫氧化鐵等，觀察是否能夠溶解以及顏色變化．
故答案為：（1）大于； 稀硫酸．
（2）①紅； 2NaOH+H₂SO₄═Na₂SO₄+2H₂O．②Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；方案一； 即使硫酸不過量，先前生成的硫酸鈉也能和氯化鋇反應生成白色沉淀（或者：反應是通過生成沉淀來進行分析氫離子是否剩余的，而沉淀硫酸鋇的生成與氫離子無關，所以不能確定是否硫酸過量；加入氧化銅，觀察溶液的顏色變化，若顯示為藍色，則硫酸過量（其余合理即可）
分析：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．