例析化學實驗探究題

原題呈現

例 為實現氫氧化鈉溶液和鹽酸反應現象的可視化，某興趣小組設計如下實驗。

【監測溫度】（1）在稀氫氧化鈉溶液和稀鹽酸反應過程中，溫度傳感器監測到溶液溫度升高，說明該反應 （選填“吸熱”或“放熱”），化學方程式為 。

【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中未觀察到預期的紅色，為探明原因，小組同學查閱到酚酞溶液變色范圍如下：0 lt; pH lt; 8.2時呈無色，8.2 lt; pH lt; 13時呈紅色，pH gt; 13時呈無色。據此推斷，①中a的取值范圍是 （填標號）。

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

（4）一段時間后，重復（2）實驗，觀察到滴加鹽酸的過程中有少量氣泡生成，原因是 。

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

【多現象可視】（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。最終發現注射器2、4的活塞均恢復至2 mL刻度附近，此現象不足以說明氯化氫與稀氫氧化鈉溶液發生了反應，理由是 。若實驗中溶液始終澄清，為了說明中和反應已發生，還應依據的現象為 。

破解思路

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

（2）在酸堿中和反應過程中，用酚酞溶液作酸堿指示劑，可驗證反應的發生。

（3）①中試管加入了2 mL氫氧化鈉溶液和2滴酚酞溶液，此時溶液顯堿性，而酚酞卻沒有變色，說明此時的pH不在酚酞溶液的變色范圍內，根據題意可知，酚酞在0 lt; pH lt; 8.2和pH gt; 13情況下呈無色，根據溶液顯堿性可確定a gt; 13，故選C。

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

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

（6）氯化氫氣體極易溶于水，注射器2、4的活塞均恢復至2 mL刻度附近，無法說明是氯化氫與稀氫氧化鈉溶液發生了反應，還是氯化氫溶于水導致的。注射器2、4兩者不能形成對照實驗。注射器2中溶液仍為無色，注射器4中溶液由紅色變為無色，則可以說明中和反應已發生。

答案：（1）放熱 NaOH + HCl [" " " " " " " ] NaCl + H2O （2）指示 （3）C （4）氫氧化鈉變質生成了碳酸鈉，稀鹽酸與碳酸鈉發生反應生成了二氧化碳 （5）11.7 2.7 （6）氯化氫溶于水也可導致注射器4的活塞恢復至2 mL刻度附近 注射器2中溶液仍為無色，注射器4中溶液由紅色變為無色

總結提升

1. 常見的放熱反應和吸熱反應

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

2. 利用化學方程式的簡單計算步驟

（1）按題意設未知數；（2）寫出題中反應的化學方程式；（3）找出反應物和生成物的質量關系；（4）建立已知量和未知量的比例關系；（5）計算x，并作答。

3. 氫氧化鈉變質的探究

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

（2）檢驗NaOH是否變質的方法：

方法一：加入過量的稀鹽酸有氣泡產生，證明氫氧化鈉已經變質。反應原理：Na2CO3 + 2HCl [" " " " " " " ] 2NaCl + H2O + CO2↑。

方法二：加入澄清石灰水有白色沉淀生成，證明氫氧化鈉已經變質。反應原理：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，證明氫氧化鈉已經變質。反應原理：Ba（OH）2 + Na2CO3 [" " " " " " " ] BaCO3↓ + 2NaOH，CaCl2 + Na2CO3 [" " " " " " " ] CaCO3↓ + 2NaCl。

（3）除去部分變質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生沉淀為止，過濾。

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