Question

某学习小组的同学在学习了Na₂CO₃、NaHCO₃的性质后，了解到它们都能与盐酸反应产生CO₂气体，那么如何鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃呢？带着这样的疑问，他们进行了下列探究：
【查阅资料】
（1）Ca（HCO₃）₂可溶于水；
（2）NaHCO₃固体受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水．
【猜想】
（1）甲同学认为可用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同学认为可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
甲、乙两同学的猜想是依据澄清石灰水、CaCl₂溶液分别与Na₂CO₃溶液反应均有沉淀产生；又知道Ca（HCO₃）₂可溶于水，因此猜测澄清石灰水、CaCl₂溶液分别与NaHCO₃溶液混合不会产生沉淀，从而鉴别出两种溶液．
（3）丙同学认为固体Na₂CO₃、NaHCO₃可用加热的方法鉴别．
【实验探究】（1）甲同学在两支分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，各加入澄清石灰水，观察到两支试管中的现象相同，均产生了白色沉淀，实验结果与猜想不一致，即不能用澄清石灰水鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（2）乙同学将CaCl₂溶液加入到分别盛有少量Na₂CO₃、NaHCO₃溶液的试管中，发现两支试管中也都产生了白色沉淀，实验结果
出乎意料，但根据观察到的其他实验现象，他认为仍可用CaCl₂溶液鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液．
（3）丙同学分别取了一定量的Na₂CO₃、NaHCO₃固体于大试管中加热（如图3所示）：
①加热Na₂CO₃时，开始即见小试管中有少量气泡产生，继续加热，气泡逐渐减少，未见澄清石灰水变浑浊，
②加热NaHCO₃时，丙同学观察到实验现象与①不同，证实了自己的猜想是合理的．
【问题讨论】（1）小组同学对上述实验展开了讨论，对甲同学的两个实验进行了比较，并从物质在溶液中解离出不同离子的微观角度分析了原因（如图1、图2）．请写出Na₂CO₃与澄清石灰水发生反应的化学方程式______；写出NaHCO₃与澄清石灰水混合时参与反应的离子：______．

（2）乙同学的两个实验中，大家对CaCl₂与Na₂CO₃溶液的反应比较熟悉，而对CaCl₂与NaHCO₃溶液混合产生的现象难以理解，同学们又进一步查阅了资料，了解到CaCl₂与NaHCO₃溶液可发生如下反应：CaCl₂+2NaHCO₃=CaCO₃↓+2NaCl+CO₂↑+H₂O，因而同学们知道了乙同学是通过观察到______现象来鉴别Na₂CO₃和NaHCO₃溶液的．至于CaCl₂与NaHCO₃溶液为什么能发生上述反应，老师指出其反应原理较复杂，有待于今后学习中进一步探究．
（3）丙同学在加热Na₂CO₃固体时，开始产生少量气泡的原因是______；根据你分析：Na₂CO₃受热______分解（填“易”或“不易”）．在加热NaHCO₃固体时，丙同学观察到的实验现象是______（任写一种）．
【拓展应用】（1）固体Na₂CO₃中混有少量NaHCO₃，可通过______方法除去．
（2）把105g氯化钙溶液与100g5.3%的碳酸钠溶液混合，恰好完全反应，则反应所得溶液中溶质的质量分数是多少？（写出完整的解题过程）．

Answer

【问题讨论】（1）通过分析图中有关反应物混合前后离子的变化，可以写出反应方程式和参与反应的离子；
（2）根据碳酸氢钠、碳酸钠与氯化钙溶液反应的现象不同进行鉴别；
（3）根据空气受热膨胀分析在加热Na2CO3固体时，开始产生少量气泡的原因，根据在加热NaHCO3固体时有二氧化碳生成，二氧化碳能与石灰水中的氢氧化钙反应，分析现象；
【拓展应用】（1）根据固体Na2CO3和NaHCO3性质分析除去固体Na2CO3中混有少量NaHCO3的方法；
（2）根据氯化钙与碳酸钠反应的方程式，由碳酸钠的质量科求出生成的氯化钠、碳酸钙的质量，再根据质量守恒定律和溶质质量分数的计算公式，求出所得溶液中溶质的质量分数．
【解析】
[问题讨论]（1）由图2可知Na2CO3和Ca（OH）2混合后有新物质CaCO3生成及自由钠离子和氢氧根，所以方程式为：Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH；由图3可知NaHCO3与澄清石灰水混合，反应前的离子有Na+、OH-、HCO-3、Ca2+，反应后有新物质CaCO3、H2O、Na+、CO32-，对比前后可知参加反应的离子有OH-、HCO-3、Ca2+；
（2）由题意可知，CaCl2与NaHCO3溶液反应，既有沉淀又有气泡生成，CaCl2与Na2CO3溶液反应只有沉淀生成．所以，乙同学是通过观察到气泡产生现象来鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液的；
（3）丙同学在加热Na2CO3固体时，开始产生少量气泡的原因是试管中的空气受热体积膨胀；Na2CO3受热不易分解．在加热NaHCO3固体时，NaHCO3固体受热分解生成了碳酸钠、二氧化碳和水，二氧化碳能与氢氧化钙反应生成了碳酸钙沉淀和水．所以，丙同学观察到的实验现象是澄清石灰水变浑浊；
【拓展应用】（1）由于NaHCO3固体受热分解生成了碳酸钠、二氧化碳和水．所以，固体Na2CO3中混有少量NaHCO3，可通过加热方法除去；
（2）设反应生成氯化钠的质量为x，生成碳酸钙的质量为y
CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl
       106   100     117
   100g×5.3%  y      x
  ═ 解得：x=5.85g            
   ═ 解得：y=5g
所得溶液中溶质的质量分数是×100%═2.925%
故答为：[问题讨论]（1）Ca（OH）2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH；Ca2+、OH-、HCO3-；（2）气泡产生；（3）试管中的空气受热体积膨胀；  不易；   澄清石灰水变浑浊；
【拓展应用】（1）加热；（2）反应所得溶液中氯化钠的质量分数是2.925%．