Question

某实验小组同学在探究二氧化碳性质实验时，将二氧化碳通入澄清石灰水，开始看到澄清石灰水变浑浊，继续通入二氧化碳结果又变澄清。小组同学查阅资料发现是因为沉淀CaCO₃转变成了溶于水的Ca(HCO₃)₂，所以浑浊又变澄清。该小组同学对长时间向碱溶液中通入CO₂反应后溶液中的溶质组成产生了浓厚的兴趣。

（提出问题）一定量CO₂与NaOH溶液反应后溶质组成是什么？

（查阅资料）①开始通入CO₂，CO₂与NaOH溶液反应的化学方程式为：______；

②通入过量CO₂，继续反应的方程式：Na₂CO₃+CO₂+H₂O=2NaHCO₃；

③Ca(OH)₂与Na₂CO₃、NaHCO₃均能反应且有白色沉淀生成；

④CaCl₂与Na₂CO₃能反应且有白色沉淀生成，与NaHCO₃不反应；

⑤NaHCO₃溶液显碱性。

（提出猜想）Ⅰ溶质为NaOH和Na₂CO₃

Ⅱ溶质为_______（填化学式）

Ⅲ溶质为Na₂CO₃和NaHCO₃

IV溶质为NaHCO₃

（设计实验）

实验步骤	实验现象	实验结论
（1）用玻璃棒蘸取反应后溶液，滴在pH试纸上	pH=9	该溶液显碱性
（2）取反应后溶液少许于试管中，向其中滴加过量的______	有白色沉淀生成	猜想IV不成立
（3）将步骤⑵所得的混合物过滤，向滤液中中滴加足量的____，振荡	迅速冒气泡	猜想______成立

（讨论交流）有同学提出，实验步骤⑴是多余的。你认为该实验设计是否需要？______ （填“需要”或“不需要”）。

（反思应用）用化学方程式解释澄清石灰水变浑浊后再通入过量二氧化碳又会变澄清的原因：__________。

Answer

2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O Na2CO3 CaCl2溶液 稀盐酸 Ⅲ 不需要 CaCO3+ H2O+CO2=Ca(HCO3)2

【解析】

[查阅资料]二氧化碳和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，方程式为：2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；
[提出猜想]氢氧化钠和二氧化碳恰好完全反应时，溶质是碳酸钠，当氢氧化钠过量时，溶质是氢氧化钠和碳酸钠，恰好完全反应后，继续通二氧化碳，会产生碳酸氢钠，此时溶质是碳酸氢钠和碳酸钠，当碳酸钠消耗完后，溶质是碳酸氢钠。因此猜想Ⅱ中的溶质是Na2CO3；
[设计实验]（2）由于有白色沉淀生成，说明加入的物质与溶质反应，猜想IV不成立，说明溶质不含碳酸氢钠，题中提到CaCl2溶液能与Na2CO3溶液反应，而与NaHCO3溶液不反应，所以加入的物质是较稀的氯化钙溶液；
（3）步骤（2）中加入过量的氯化钙溶液，产生白色沉淀，消耗完了碳酸钠，继续加入物质有气泡产生，说明溶质中含有碳酸氢钠，加入的物质是稀盐酸，结合步骤（2）和（3），可以得出猜想Ⅲ是成立的；

[讨论交流]实验步骤（1）是多余的，因为碳酸钠、碳酸氢钠和氢氧化钠溶液都显碱性，pH都大于7；

[反思应用] 二氧化碳与氢氧化钙反应生成碳酸钙沉淀和水，继续通入二氧化碳，又会发现其变澄清，是因为碳酸钙与水、二氧化碳反应生成易溶于水的碳酸氢钙，反应的方程式为
：CaCO3+CO2+H2O═Ca（HCO3）2。
故答案为：[查阅资料]2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O；
[提出猜想]Na2CO3；
[设计实验]（1）CaCl2溶液；（2）稀盐酸；Ⅲ；（3）不需要； CaCO3+CO2+H2O═Ca（HCO3）2。