Na2CO3、NaHCO3混合物和盐酸反应的有关计算

专题·Na2CO3 / NaHCO3混合物与盐酸反应的有关计算

一、将盐酸逐滴地滴入混合物溶液中

1、混合物的量一定

反应顺序：①CO32-＋H+＝HCO3-；②HCO3-＋H+＝CO2↑＋H2O.

只有当盐酸和溶液中的CO32-全部反应完后，再和HCO3-反应生成CO2，其图像如左下图所示：

2、盐酸的量一定

反应顺序：①CO32-＋H+＝HCO3-；②HCO3-＋H+＝CO2↑＋H2O. 如右上图所示：

【图像说明：每取一个混合物质量，向其中滴入盐酸时产生CO2气体的图像跟左上图一样，只是每次的生成的CO2不一样，将各次实验的m(混合物)与其对应的V(CO2)画成图像，就是右上图。】

首先，混合物量少，盐酸过量，发生反应①后，再发生反应②，生成CO2气体，且CO2气体随着混合物质量逐渐增加，直到混合物质量增加到a，盐酸与混合物正好完全反应，此时CO2体积达到最大值；

然后，继续增加混合物的质量，发生反应①时，盐酸过量，发生反应②时，盐酸不足，随着混合物质量的增加，用于反应①的盐酸越来越多，余下用于反应②的盐酸越来越少，所以CO2体积逐渐减少，直到混合物质量增加到b，盐酸与混合物中的Na2CO3正好完全反应生成NaHCO3，此时CO2体积达到最小值0；

再后，继续增加混合物的质量，盐酸不足，仅发生反应①，未发生反应②，CO2体积始终为0。

【实例1】(2000·上海)某天然碱(纯净物)可看作由CO2和NaOH反应后的产物所组成。称取天然碱样品四份，溶于水后，分别逐滴加入相同浓度的盐酸溶液30mL，产生CO2的体积(标准状况)如下表：

编号 盐酸溶液的体积 (mL) 样品的质量 (g) CO2的体积 (mL) Ⅰ 30 3.32 672 Ⅱ 30 4.15 840 Ⅲ 30 5.81 896 Ⅳ 30 7.47 672 (1) 由第Ⅰ组数据中的CO2体积与样品质量之比，可以推测用2.49g样品进行同样的实验时，产生CO2 mL(标准状况)。

(2) 另取3.32g天然碱样品于300℃加热分解至完全(300℃时Na2CO3不分解)产生112mL(标准状况) CO2和0.45g H2O，计算并确定该天然碱的化学式。

(3) 已知Na2CO3和HCl(a.q)的反应分下列两步进行：Na2CO3＋HCl＝NaCl＋NaHCO3，NaHCO3＋HCl＝NaCl＋CO2＋H2O，由上表中第Ⅳ组数据可以确定所用HCl(a.q)的浓度为 mol/L。

(4) 依据上表所列数据以及天然碱的化学式，讨论并确定上述实验中CO2的体积V(标准状况)与样品质量W(g)之间的关系式。

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Na2CO3、NaHCO3混合物和盐酸反应的有关计算

判断：对比第Ⅰ组数据，第Ⅱ组中数据：样品质量增大为4.15÷3.32＝1.25倍，气体体积增大为840÷672＝1.25倍，说明第Ⅰ组、第Ⅱ组中盐酸过量。 对比第Ⅰ组数据，第Ⅲ组中数据：样品质量增大为5.81÷3.32＝1.75倍，气体体积增大为896÷672＝1.33倍＜样品质量增大的倍数，说明第Ⅲ中盐酸不足，所以第Ⅳ组数据中盐酸更加不足。 (1)根据上面的判断，当样品质量为2.49 g时，盐酸过量，CO2气体体积和样品质量成正比，设可生成CO2 x mL，列式得：3.32 : 672＝2.49 : x，解得：x＝504 (2)由于加热样品有CO2和H2O生成，所以样品的组成不可能是NaOH和Na2CO3、或纯Na2CO3、又因为加热生成的CO2和H2O的物质的量不相等，所以样品的组成不可能是纯NaHCO3，只可能是由Na2CO3和NaHCO3以及结晶水按一定的比例组成。 n(CO2)＝0.112÷22.4＝0.005 mol， n(H2O)＝0.45÷18＝0.025 mol， 由：2NaHCO3 ～ CO2 ～ H2O， 0.01 mol 0.005 mol 0.005 mol 所以，n(结晶水)＝0.025－0.005＝0.02 mol； n(NaHCO3)＝2×0.005＝0.01 mol； n(Na2CO3)＝[3.32－84×0.01－18×0.02]÷106＝0.02 mol。【或根据表中第Ⅰ组数据的CO2的量进行计算】 所以，n(Na2CO3) : n(NaHCO3) : n(结晶水)＝0.02 : 0.01 : 0.02＝2 : 1 : 2 所以该天然碱样品的化学式为：【2Na2CO3·NaHCO3·2H2O】 (3)第Ⅳ组样品增加，CO2气体体积减少，说明盐酸不足，n(样品)＝7.47÷332＝0.0225 mol， 含：n(Na2CO3)＝0.0225×2＝0.045 mol；n(CO2)＝0.672÷22400＝0.03 mol 由Na2CO3 ～ HCl， NaHCO3 ～ HCl ～ CO2 0.045 mol 0.045 mol 0.03 mol 0.03 mol 得：n(HCl)＝0.045＋0.03＝0.075 mol，所以，c(HCl)＝0.075÷0.03＝2.5 mol/L (4)当样品和盐酸恰好反应，此时CO2气体取得最大值(1008 mL)，W的值： 由【2Na2CO3·NaHCO3·2H2O】～5HCl，即：W÷332＝0.075÷5，得W＝4.98 g 当样品中的Na2CO3和盐酸恰好反应，此时CO2气体体积为0，W的值： 由【2Na2CO3·NaHCO3·2H2O】～2HCl，即：W÷332＝0.075÷2，得W＝12.45 g 讨论如下： ①当W≤4.98时，盐酸过量，由【2Na2CO3·NaHCO3·2H2O】～3CO2，所以，V(CO2)＝(3W/332)×22.4 L ②当4.98＜W＜12.45时，固体过量，固体中的Na2CO3全部转化为NaHCO3，剩余HCl与部分NaHCO3反应生成CO2气体， 由【2Na2CO3·NaHCO3·2H2O】～2HCl，NaHCO3～HCl～CO2，所以，V(CO2)＝(0.075－2W/332)×22.4 L ③当W≥12.45时，固体过量，固体中的Na2CO3全部或部分转化为NaHCO3，NaHCO3没反应，无CO2气体生成，所以，V(CO2)＝0 L，如下图所示： 2 / 4

Na2CO3、NaHCO3混合物和盐酸反应的有关计算

【实例2】现有一天然碱样品，其化学式可表示为2Na2CO3·NaHCO3·2H2O，向其中逐滴地加入450 mL 1 mol/L的盐酸，充分反应后，共收集到CO2气体3.36 L(标准状况) ，求该天然碱样品的质量。

参考答案： 16.6 g 或49.8 g. 解析： n(CO2)＝3.36÷22.4＝0.15 mol，n(HCl)＝0.45×1＝0.45 mol 判断：若样品与盐酸恰好完全反应： 2Na2CO3·NaHCO3·2H2O ～ 5HCl ～ 3CO2 5 mol 3 mol 0.45 mol n mol 解得：n＝0.27＞0.15（实际产生的CO2） 因此，本题有两种可能的情况： 1、盐酸过量 2Na2CO3·NaHCO3·2H2O ～ 5HCl ～ 3CO2 1 mol 3 mol x mol 0.15 mol 解得：x＝0.05，所以，样品质量为：332×0.05＝16.6 g 2、盐酸不足 2Na2CO3·NaHCO3·2H2O ～ 2HCl ～ NaHCO3 1 mol 2 mol y mol 2y mol NaHCO3 ～ HCl ～ CO2 (0.45-2y) mol 0.15 mol 得：0.45-2y＝0.15，解得：y＝0.15， 所以，样品质量为：332×0.15＝49.8 g 图像如左下图所示：

二、将混合物溶液逐滴地滴入盐酸中

反应顺序：①CO32-＋H+＝HCO3-；②HCO3-＋H+＝CO2↑＋H2O.

将混合物溶液逐滴滴入盐酸中，不管那种物质的量一定，由于滴入瞬间总是盐酸过量，混合物少量，所以首先发生反应①，接着立即发生反应②，生成CO2气体，直到盐酸或混合液耗完为止，CO2的体积不再变化。如右上图所示：

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Na2CO3、NaHCO3混合物和盐酸反应的有关计算

【实例3】有一Na2CO3和NaHCO3混合液和600 L 1 mol/L盐酸，现将其均分成两等份。 (1)将一份盐酸逐滴地滴入到一份混合液中，共收集到CO2气体4.48 L(标准状况) ； (2)将另一份混合液逐滴地滴入到另一份盐酸中，共收集到CO2气体5.04 L(标准状况) 。 试计算原混合液中溶质的组成。

参考答案： 原混合液中n(Na2CO3)＝0.2 mol； n(NaHCO3)＝0.4 mol 解析： 若是盐酸足量，无论那种加入方式生成的CO2气体的体积是相等的。而现在两种加入方式产生的CO2气体不相等，说明盐酸的量不足。 第一种加入方式中，Na2CO3全部反应变成NaHCO3； 第二种加入方式中Na2CO3和NaHCO3按混合液中的比例与盐酸反应直接生成CO2气体。 方式一： n(HCl)1＝0.6×1÷2＝0.3 mol；n(CO2)1＝4.48÷22.4＝0.2 mol 设一等份混合液中含Na2CO3 x mol， Na2CO3 ~ HCl ~ NaHCO3 NaHCO3 ~ HCl ~ CO2↑ x x 0.3-x 0.2 得：0.3-x＝0.2，解得：x＝0.1 mol 方式二： n(HCl)2＝0.6×1÷2＝0.3 mol；n(CO2)2＝5.04÷22.4＝0.225 mol 设反应的Na2CO3 为y mol，反应的NaHCO3 为a mol， Na2CO3 ~ 2HCl ~ CO2↑ NaHCO3 ~ HCl ~ CO2↑ y 2y y a a a 得：2y＋a＝0.3； y＋a＝0.225 解得：y＝0.075 mol； a＝0.15 mol 反应的Na2CO3和NaHCO3的物质的量之比0.075 : 0.15＝1 : 2 即：原混合液中n(Na2CO3) : n(NaHCO3)＝1 : 2 根据方式一种的计算结果：一等份混合液中n(Na2CO3)＝0.1 mol 所以，一等份混合液中n(NaHCO3)＝0.1×2＝0.2 mol 所以，原混合液中：n(Na2CO3)＝0.1 mol×2＝0.2 mol；n(NaHCO3)＝0.2 mol×2＝0.4 mol.

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