Question

某兴趣小组同学为证明NaOH溶液与稀盐酸发生了中和反应，从不同角度设计了如下实验方案，并进行实验．
I、实验方案
方案一：先用pH试纸测定NaOH溶液的pH，再滴加盐酸，并不断振荡溶液，同时测定混合溶液的pH，测得的pH逐渐变小直到pH小于7，则证明NaOH溶液与稀盐酸发生了化学反应．
（1）反应后，所得溶液显______性（填“酸”、“碱”或“中”）
（2）用pH试纸测定NaOH溶液pH时，正确的操作是：______．
（3）简述强调“测得的pH小于7”的理由：______．
方案二：化学反应中通常伴随有能量的变化，可借助反应前后的温度变化来判断反应的发生．如果NaOH溶液与稀盐酸混合前后温度有变化，则证明发生了化学反应．
该组同学将不同浓度的盐酸和NaOH溶液各10克混合，用温度计测定室温下混合前后温度的变化，并记录了每次混合前后温度的升高值△t（如下表）．

编号	盐酸	NaOH溶液	△t/℃
1	3.65%	2.00%	3.5
2	3.65%	4.00%	x
3	7.30%	8.00%	14

（4）表中x=______．
（5）某同学在没使用温度计的情况下，通过图1所示装置完成了实验．则该同学根据实验现象：______，判断NaOH溶液与稀盐酸发生了中和反应．
II、实验中的意外情况
在实验过程中，他们发现盛放NaOH溶液的试剂瓶瓶口和橡皮塞上出现了白色粉末．他们依据所学的化学知识，对这种白色粉末的成分作了如下猜想：①可能是NaOH；②可能是Na₂CO₃； ③可能是NaOH和Na₂CO₃．
（6）小明同学取白色粉末少许，溶于水后，先向溶液中加入足量的______溶液，看到白色沉淀产生，然后向上层清液中加入酚酞试液，看到溶液呈红色，验证了猜想③是正确的．
（7）为了进一步研究，三位同学取了10.0g上述样品，利用电子天平共同做了图所示的实验．
实验数据记录如下：

称   量   项   目	称   量  时 间	质量（g）
试样		10.00
装置+稀硫酸质量		241.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后15秒	249.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后35秒	249.00
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后55秒	249.00

试通过分析表中数据计算上述样品中各成份的质量分数分别是多少？（写出计算过程）．
（8）有同学提出按上述实验所测得试样中Na₂CO₃质量分数会偏小，该同学的理由是（实验操作均正确）：______．

Answer

方案一：（1）由题意知：测得的pH逐渐变小直到pH小于7，说明最终溶液显酸性；
（2）用pH试纸测定溶液的pH时，掌握正确的操作方法；
（3）简述强调“测得的pH小于7”的理由；考虑稀盐酸和稀释的作用；
方案二：Ⅰ、（4）由表中数据，可推出x的值；
（5）某同学在没使用温度计的情况下，通过如图所示装置完成了实验．则该同学根据 U形管中左边液面下降判断NaOH溶液与稀盐酸发生了中和反应；
Ⅱ、（6）验证猜想③是否正确，主要是检验碳酸钠与氢氧化钠的存在，一般是利用对碳酸根的检验以及碱性溶液的检验完成；
（7）根据资料得知：溶液在反应前后物质的质量变化的量即是反应生成的二氧化碳的量，据此可依据方程式求出碳酸钠的质量，也可知氢氧化钠的质量；
（8）根据二氧化碳的密度较大分析即可．
【解析】
方案一：
（1）测得的pH逐渐变小直到pH小于7，说明最终溶液显酸性；
故答案为：酸；
（2）用pH试纸测定氢氧化钠溶液的pH时，正确的操作是：用干燥的玻璃棒蘸一滴NaOH溶液滴在干净的白瓷板或玻璃片上，再把试纸显示的颜色与标准比色卡比较，即可得出溶液的pH；
故答案为：用干燥的玻璃棒蘸一滴NaOH溶液滴在干净的白瓷板或玻璃片上，再把试纸显示的颜色与标准比色卡比较，即可得出溶液的pH；
（3）推测“测得的pH小于7”的理由：排除因盐酸的加入，稀释氢氧化钠溶液而引起pH减小；
故答案为：
排除因稀释而使溶液pH减小的因素；
方案二：Ⅰ、
（4）化学反应中通常伴随有能量的变化，可借助反应前后的温度变化来判断反应的发生．如果NaOH溶液与稀盐酸混合前后温度有变化，则证明发生了化学反应．该组同学将不同浓度的盐酸和NaOH溶液各10mL混合，用温度计测定室温下混合前后温度的变化，并记录了每次混合前后温度的升高值△t；
第三组中盐酸的浓度都是第一组的2倍，氢氧化钠是第一组的4倍，温度变化就是第一组的4倍，而第三组氢氧化钠是第二组的2倍，所以温度的改变也是第三组的，可推出x=7；
故答案为：7；
（5）氢氧化钠和盐酸发生中和反应，溶液的温度会升高，导致烧瓶内的压强增大，使U形管的液面出现高度差，某同学在没使用温度计的情况下，通过如图所示装置完成了实验．则该同学根据U形管中左边液面下降反映溶液放热并判断NaOH溶液与稀盐酸发生了中和反应；
故答案为：
U形管中左边液面下降；
Ⅱ、（6）要验证猜想③是否正确，主要是检验碳酸钠与氢氧化钠的存在，一般是利用对碳酸根的检验以及碱性溶液的检验完成，因此加入钙盐或钡盐以检验碳酸根，不能加入对应的碱，防止干扰；加入酚酞对氢氧化钠的碱性进行分析判断；
故答案为：CaCl2或BaCl2；
（7）根据资料数据可知：溶液在反应前后物质的质量变化的量即是反应生成的二氧化碳的量，据此可依据方程式求出碳酸钠的质量，也可知氢氧化钠的质量；
二氧化碳的质量是：241.20g+10.00g-249.00g=2.2g   
设样品中碳酸钠的质量为x
H2SO4+Na2CO3=Na2SO4 +H2O+CO2↑     
      106               44
       x                2.2g
  =
     x=5.3 g                            
Na2CO3质量分数为：×100%=53%
NaOH质量分数为：1-53%=47%
（8）二氧化碳的密度较大，容器中容易残存少量的二氧化碳，导致测量的二氧化碳质量较小，碳酸钠的质量变小，则质量分数变小；
故答案为：
CO2的密度比空气大，残留在装置中，造成最终测得的质量偏大，测得生成的CO2质量偏小，故Na2CO3的质量分数偏小．