Question

（12分）Na₂CO₃俗稱純堿、蘇打，NaHCO₃俗稱小蘇打，兩者在日常生活和工業生產中都有著廣泛的應用。某化學興趣小組設計了如下實驗來探究兩者的某些性質。請你根據所學知識幫他們完成有關的設計和實驗。
（1）甲同學測定兩者的酸堿性：各取一定量的固體溶于水，配成相同濃度的溶液，測定其pH值，測定結果為Na₂CO₃、NaHCO₃的pH分別為a和b（a、b均大于7）。
Ⅰ.測定溶液的pH值所用的主要儀器有：pH試紙、表面皿、         和標準比色卡。
Ⅱ.有關①100mL0.1 mol·L^-1NaHCO₃、②100mL0.1 mol·L^-1Na₂CO₃兩種溶液的敘述不正確的是（   ）

A．溶液中水電離出的OH-個數：②>①	B．溶液中陰離子的物質的量濃度之和：②>①
C．①溶液中：c(CO32-)>c(H­2CO3)	D．②溶液中：c(HCO3-)>c(H­2CO3)

（2）乙同學取一定量的碳酸鈉溶液于試管中，滴加2～3滴酚酞試液，發現溶液變紅，繼續滴加BaCl₂溶液，預計可觀察到                             ，請你結合必要的離子方程式，應用平衡的觀點解釋有關現象的產生：                                      。
（3）常溫下，現有pH均為11的標簽模糊的NaOH和Na₂CO₃溶液，則NaOH溶液中由水電離出來的OH^-濃度為Na₂CO₃溶液中水電離出來OH^-濃度的      倍。丙同學設計如下實驗予以區別：各取1mL兩種溶液加水稀釋至1L，分別測定其pH。請問丙同學是如何判斷哪瓶溶液為Na₂CO₃溶液？             ；丁同學各取1mL兩種溶液，分別滴加少量AlCl₃溶液觀察有無沉淀或氣體進行鑒別，則溶液滴加后同時產生沉淀和氣體的反應離子方程式為                                       。
（4）已知：K_sp（CaCO₃）=4.96×10^-9，不考慮其它因素影響，現將0.400 mol·L^－1的Na₂CO₃溶液和0.200 mol·L^－1的CaCl₂溶液等體積混合，則混合后溶液中Ca²⁺濃度為    mol·L^－1。

Answer 1

（1）Ⅰ.玻璃棒（1分）Ⅱ.C（1分）
（2）紅色褪去，產生白色沉淀（2分）；由于Ba²⁺ +CO₃^2-=BaCO₃↓，使得溶液中CO₃^2-濃度減少，水解平衡CO₃^2- + H₂O=HCO₃^-+OH^-向左移動，OH^-濃度減少，紅色褪去。（2分） （1個離子方程式1分，文字說明1分）
（3）10^-8（1分）   pH值較大的是Na₂CO₃（1分）（其它合理答案也給分）
3CO₃^2-+2Al³⁺+3H₂O=3CO₂↑+2Al(OH)₃↓（2分）
（4）4.96×10^-8   （2分）

（1）測定pH時必須用玻璃棒蘸取待測液滴在試紙上；因為在相同濃度的條件下，碳酸鈉的電離程度大于碳酸氫鈉的電離程度，即碳酸鈉對水電離的促進程度大，A正確。根據水解方程式CO₃^2－＋H₂O HCO₃^－＋OH^－、HCO₃^－＋H₂OH₂CO₃＋OH^－,可知每消耗1mol CO₃^2－水解后就生成2mol陰離子，而HCO₃^－的水解則是消耗1mol，就產生1mol，陰離子的個數是不變的，所以溶液中陰離子的物質的量濃度之和：②>①，B正確。碳酸氫鈉顯堿性，說明其水解程度大于其電離程度，所以c(CO₃^2-)＜c(H­₂CO₃)，C不正確。CO₃^2－的水解主要以第一步水解為主，所以溶液中c(HCO₃^-)>c(H­₂CO₃)，D正確。
（2）碳酸鈉水解顯堿性方程式為CO₃^2－＋H₂O HCO₃^－＋OH^－、HCO₃^－＋H₂OH₂CO₃＋OH^－。滴加BaCl₂溶液，Ba^2＋會結合CO₃^2－生成BaCO₃沉淀，使水解平衡向逆反應方向移動，堿性降低，紅色會褪去。
（3）強堿氫氧化鈉是抑制水的電離，pH為11，說明溶液中由水電離出的氫離子和OH^－濃度均是10^－11。而碳酸鈉水解顯堿性，是促進水的電離，所以溶液中由水電離出的OH^－濃度為10^－3，所以是前者的10⁸倍。強堿溶液中不存在其電離平衡，當稀釋100倍是氫氧化鈉的pH將減小3個單位，即由11到8。而碳酸鈉中存在水解平衡，稀釋會促進水解，但堿性會降低，但會高于氫氧化鈉的pH。由于鋁離子和CO₃^2－的水解相互促進，所以會產生氫氧化鋁沉淀，同時生成CO₂氣體。
（4）等體積混合后，CO₃^2－和Ca^2＋的濃度分別為0.200 mol·L^－1和0.100 mol·L^－1，此時二者之積是0.02＞4.96×10^-9，即會產生碳酸鈣沉淀。因為碳酸鈉過量，剩余碳酸鈉的物質的量濃度是0.100
mol·L^－1，根據溶度積常數的表達式可知混合后溶液中Ca²⁺濃度為                       mol·L^－1。