Question

5．某化學實驗活動小組的同學為了探究實驗室中久置氫氧化鈉固體的成分，進行了有關實驗，請你參與他們進行的探究活動：
【猜想與假設】
猜想Ⅰ：全部是NaOH；猜想Ⅱ：全部是Na₂CO₃；猜想Ⅲ：NaOH、Na₂CO₃．
【實驗與探究】
（1）實驗如下：

實驗操作步驟	實驗現象	結論及解釋
步驟一：取少量固體樣品于試管中，加蒸餾水完全溶解，然后加入足量的稀鹽酸	實驗過程中始終沒有氣泡產生	證明猜想Ⅰ成立
步驟二：取少量固體樣品于試管中，加蒸餾水完全溶解，然后滴加氫氧化鋇溶液	實驗過程中產生白色沉淀	證明猜想Ⅱ或Ⅲ成立，此過程中發生反應的化學方程式為：Na2CO3+Ba（OH）2═BaCO3↓+2NaOH

（2）為了進一步地驗證猜想結果，小明同學提出了如下實驗方案：繼續步驟二的實驗，過濾，然后向濾液中滴加無色酚酞試液，若酚酞變紅，則猜想Ⅲ成立；若酚酞不變紅，則猜想Ⅱ成立．小華同學立即對小明同學的方案提出了質疑，通過查閱資料知道，氯化鋇溶液呈中性，不能使無色酚酞試液變紅，但碳酸鈉溶液呈堿性（填“酸”或“堿”），能使酚酞變紅．因此，他認為該方案的操作步驟中應該改進的是繼續滴加氯化鋇溶液至過量，過濾，然后向濾液中滴加無色酚酞試液，若酚酞變紅，則猜想Ⅲ成立；若酚酞不變紅，則猜想Ⅱ成立．
（3）實驗小組的同學展開討論，又提出了一個定量試驗方案，通過測定產生沉淀的質量來證明猜想Ⅱ或猜想Ⅲ成立．試驗如下：準確稱量m克固體樣品于試管中，加熱蒸餾水完全溶解，然后滴加足量氯化鋇溶液，充分反應后過濾、洗滌、干燥，稱得沉淀的質量為n克，若猜想Ⅱ成立，則m與n的關系式為（用含m和n的等式或不等式表示，下同）$\frac{106}{197}$n=m；若猜想Ⅲ成立，則m與n的關系式為$\frac{106}{197}$n＜m．
【反思與交流】久置固體氫氧化鈉變質的原因是（用化學方程式表示）：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．

Answer 1

分析 氫氧化鈉能夠和空氣中的二氧化碳反應生成碳酸鈉和水；
氫氧化鈉能和稀鹽酸反應生成氯化鈉和水；
碳酸鈉能和稀鹽酸反應生成氯化鈉、水和二氧化碳；
碳酸鈉能和氯化鋇反應生成白色沉淀碳酸鋇和氯化鈉；
氫氧化鈉溶液顯堿性，能使酚酞試液變紅色．

解答 解：【猜想與假設】
固體可能全部是NaOH，也可能全部是Na₂CO₃，也可能是NaOH和Na₂CO₃．
故填：NaOH和Na₂CO₃．
【實驗與探究】
（1）取少量固體樣品于試管中，加蒸餾水完全溶解，然后加入足量的稀鹽酸．沒有氣泡產生．說明不含碳酸鈉；猜想Ⅰ成立．
取少量固體樣品于試管中，加蒸餾水完全溶解，然后滴加氫氧化鋇溶液，產生白色沉淀，說明含碳酸鈉；則證明猜想Ⅱ或Ⅲ成立；
碳酸鈉和氫氧化鋇反應的化學方程式為：Na₂CO₃+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+2NaOH．
故填：Ⅰ；白色沉淀；Na₂CO₃+Ba（OH）₂═BaCO₃↓+2NaOH．
（2）碳酸鈉溶液呈堿性，能使酚酞變紅，因此，該方案的操作步驟中應該改進的是：繼續滴加氯化鋇溶液至過量，過濾，然后向濾液中滴加無色酚酞試液，若酚酞變紅，則猜想Ⅲ成立；若酚酞不變紅，則猜想Ⅱ成立；
故填：堿；繼續滴加氯化鋇溶液至過量，過濾，然后向濾液中滴加無色酚酞試液，若酚酞變紅，則猜想Ⅲ成立；若酚酞不變紅，則猜想Ⅱ成立．
【反思與交流】
氫氧化鈉和二氧化碳反應的化學方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．
（3）設碳酸鈉的質量為x，
BaCl₂+Na₂CO₃═BaCO₃↓+2NaCl，
           106          197
             x            ng
$\frac{106}{x}=\frac{197}{ng}$，
x=$\frac{106}{197}$ng，
若猜想Ⅱ成立，則m與n的關系式為：$\frac{106}{197}$ng=mg；即$\frac{106}{197}$n=m；
若猜想Ⅲ成立，則m與n的關系式為：$\frac{106}{197}$ng＜mg，即$\frac{106}{197}$n＜m，
故填：$\frac{106}{197}$n=m； $\frac{106}{197}$n＜m；
【反思與交流】
久置的固體氫氧化鈉變質的原因是：氫氧化鈉和空氣中的二氧化碳反應生成了碳酸鈉和水，反應的化學方程式為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．
故填：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．