例析化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題

原題呈現(xiàn)

例 為實(shí)現(xiàn)氫氧化鈉溶液和鹽酸反應(yīng)現(xiàn)象的可視化，某興趣小組設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)。

【監(jiān)測(cè)溫度】（1）在稀氫氧化鈉溶液和稀鹽酸反應(yīng)過(guò)程中，溫度傳感器監(jiān)測(cè)到溶液溫度升高，說(shuō)明該反應(yīng) （選填“吸熱”或“放熱”），化學(xué)方程式為 。

【觀察顏色】（2）在試管中加入2 mL某濃度的氫氧化鈉溶液，滴入2滴酚酞溶液作 劑，再逐滴加入鹽酸，振蕩，該過(guò)程中溶液的顏色和pH記錄如圖1所示。

（3）在①中未觀察到預(yù)期的紅色，為探明原因，小組同學(xué)查閱到酚酞溶液變色范圍如下：0 lt; pH lt; 8.2時(shí)呈無(wú)色，8.2 lt; pH lt; 13時(shí)呈紅色，pH gt; 13時(shí)呈無(wú)色。據(jù)此推斷，①中a的取值范圍是 （填標(biāo)號(hào)）。

A. 0 lt; a lt; 8.2 B. 8.2 lt; a lt; 13 C. a gt; 13

（4）一段時(shí)間后，重復(fù)（2）實(shí)驗(yàn)，觀察到滴加鹽酸的過(guò)程中有少量氣泡生成，原因是 。

【觀察沉淀】（5）小組同學(xué)提出，可通過(guò)調(diào)控反應(yīng)物濃度觀察生成的氯化鈉沉淀。向含8 g溶質(zhì)的濃氫氧化鈉溶液中加入濃鹽酸，恰好完全反應(yīng)至中性，生成NaCl的質(zhì)量為 g；恢復(fù)至室溫，稱得混合物的總質(zhì)量為36.7 g，其中NaCl沉淀的質(zhì)量為 g。（提示：室溫下100 g水最多能溶解36 gNaCl。）

【多現(xiàn)象可視】（6）如圖2所示，注射器1、3中均為8 mL氯化氫氣體，注射器2、4中分別為2 mL蒸餾水和稀氫氧化鈉溶液（均滴有酚酞溶液）。打開(kāi)彈簧夾，迅速將注射器1、3中全部氯化氫分別推入注射器2、4中，用彈簧夾夾緊膠皮管。最終發(fā)現(xiàn)注射器2、4的活塞均恢復(fù)至2 mL刻度附近，此現(xiàn)象不足以說(shuō)明氯化氫與稀氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)，理由是 。若實(shí)驗(yàn)中溶液始終澄清，為了說(shuō)明中和反應(yīng)已發(fā)生，還應(yīng)依據(jù)的現(xiàn)象為 。

破解思路

（1）酸堿中和反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中溫度升高。稀鹽酸和稀氫氧化鈉溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式為：NaOH + HCl [" " " " " " " ] NaCl + H2O。

（2）在酸堿中和反應(yīng)過(guò)程中，用酚酞溶液作酸堿指示劑，可驗(yàn)證反應(yīng)的發(fā)生。

（3）①中試管加入了2 mL氫氧化鈉溶液和2滴酚酞溶液，此時(shí)溶液顯堿性，而酚酞卻沒(méi)有變色，說(shuō)明此時(shí)的pH不在酚酞溶液的變色范圍內(nèi)，根據(jù)題意可知，酚酞在0 lt; pH lt; 8.2和pH gt; 13情況下呈無(wú)色，根據(jù)溶液顯堿性可確定a gt; 13，故選C。

（4）氫氧化鈉溶液放置在空氣中會(huì)吸收二氧化碳，反應(yīng)生成的碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)會(huì)生成二氧化碳，所以能觀察到有少量氣泡生成。

（5）設(shè)生成氯化鈉的質(zhì)量為x，根據(jù)化學(xué)方程式NaOH + HCl [" " " " " " " ] NaCl + H2O，列出比例式[4058.5] = [8 gx]，解得x = 11.7 g，即生成氯化鈉的質(zhì)量為11.7 g?；謴?fù)至室溫，稱得混合物的總質(zhì)量為36.7 g，則水的質(zhì)量為36.7 g - 11.7 g = 25 g，在25 g水中溶解氯化鈉的質(zhì)量為25 g × [36 g100 g] = 9 g，則氯化鈉沉淀的質(zhì)量為11.7 g - 9 g = 2.7 g。

（6）氯化氫氣體極易溶于水，注射器2、4的活塞均恢復(fù)至2 mL刻度附近，無(wú)法說(shuō)明是氯化氫與稀氫氧化鈉溶液發(fā)生了反應(yīng)，還是氯化氫溶于水導(dǎo)致的。注射器2、4兩者不能形成對(duì)照實(shí)驗(yàn)。注射器2中溶液仍為無(wú)色，注射器4中溶液由紅色變?yōu)闊o(wú)色，則可以說(shuō)明中和反應(yīng)已發(fā)生。

答案：（1）放熱 NaOH + HCl [" " " " " " " ] NaCl + H2O （2）指示 （3）C （4）氫氧化鈉變質(zhì)生成了碳酸鈉，稀鹽酸與碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)生成了二氧化碳 （5）11.7 2.7 （6）氯化氫溶于水也可導(dǎo)致注射器4的活塞恢復(fù)至2 mL刻度附近 注射器2中溶液仍為無(wú)色，注射器4中溶液由紅色變?yōu)闊o(wú)色

總結(jié)提升

1. 常見(jiàn)的放熱反應(yīng)和吸熱反應(yīng)

（1）常見(jiàn)的放熱反應(yīng)：燃燒反應(yīng)、中和反應(yīng)、金屬與酸反應(yīng)、氧化鈣與水反應(yīng)等。（2）常見(jiàn)的吸熱反應(yīng)：常見(jiàn)的分解反應(yīng)、C + CO2 [" 高溫" ] 2CO等。

2. 利用化學(xué)方程式的簡(jiǎn)單計(jì)算步驟

（1）按題意設(shè)未知數(shù)；（2）寫(xiě)出題中反應(yīng)的化學(xué)方程式；（3）找出反應(yīng)物和生成物的質(zhì)量關(guān)系；（4）建立已知量和未知量的比例關(guān)系；（5）計(jì)算x，并作答。

3. 氫氧化鈉變質(zhì)的探究

（1）變質(zhì)的原因：氫氧化鈉與空氣中的二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉。反應(yīng)原理：2NaOH + CO2 [" " " " " " " ] Na2CO3 + H2O。

（2）檢驗(yàn)NaOH是否變質(zhì)的方法：

方法一：加入過(guò)量的稀鹽酸有氣泡產(chǎn)生，證明氫氧化鈉已經(jīng)變質(zhì)。反應(yīng)原理：Na2CO3 + 2HCl [" " " " " " " ] 2NaCl + H2O + CO2↑。

方法二：加入澄清石灰水有白色沉淀生成，證明氫氧化鈉已經(jīng)變質(zhì)。反應(yīng)原理：Na2CO3 + Ca（OH）2 [" " " " " " " ] CaCO3↓ + 2NaOH。

方法三：加入氫氧化鋇溶液或氯化鈣溶液有白色沉淀生成，證明氫氧化鈉已經(jīng)變質(zhì)。反應(yīng)原理：Ba（OH）2 + Na2CO3 [" " " " " " " ] BaCO3↓ + 2NaOH，CaCl2 + Na2CO3 [" " " " " " " ] CaCO3↓ + 2NaCl。

（3）除去部分變質(zhì)的氫氧化鈉溶液中的碳酸鈉的方法：在溶液中滴入澄清石灰水至不再產(chǎn)生沉淀為止，過(guò)濾。

（4）探究NaOH是部分變質(zhì)還是全部變質(zhì)的方案設(shè)計(jì)：取樣品加水溶解；逐滴滴入氯化鋇（或氯化鈣溶液）至不再產(chǎn)生沉淀為止；滴入酚酞溶液后，若溶液變紅色則說(shuō)明部分變質(zhì)，若溶液不變色則說(shuō)明全部變質(zhì)。