一道中和反應探究題的解析

[題目]某校興趣小組同學對氫氧化鈉溶液和稀鹽酸混合后的有關問題，進行了如下探究。

I.(1)甲同學為了證明NaOH溶液與稀鹽酸能夠發生化學反應，設計并完成了如下圖所示實驗。

X溶液是_______，滴入的量一般為__________。

(2)乙同學也設計完成了另一個實驗，證明氫氧化鈉溶液與鹽酸能夠發生反應。在盛有氫氧化鈉溶液的試管里，用膠頭滴管慢慢滴入稀鹽酸，不斷振蕩溶液，同時測定溶液的pH，直到鹽酸過量。

①寫出測定溶液pH的方法：_____________。

②下圖中哪個圖像符合該同學的記錄()

(3)你認為甲、乙兩位同學的實驗中，_________(填“甲同學”、“乙同學”、“甲乙兩位同學”)的實驗能充分證明氫氧化鈉與鹽酸發生了反應，請說明理由：________。

II.丙同學利用“保溫瓶式量熱計”(圖略)，測出10mL 10%氫氧化鈉溶液和不同體積的10%鹽酸溶液混合過程中，溶液的溫度變化見下表(假設兩溶液密度相等)。

請就此實驗回答：

(1)鹽酸和氫氧化鈉的反應是__________(填吸熱、放熱)反應。

(2)請在右圖中試繪出溶液溫度上升與加入鹽酸體積之間的變化關系圖，并在曲線上畫出能表示兩者恰好完全反應的點，并用字母P表示。

III.丁同學為測定標示質量分數為32%的鹽酸的實際質量分數，用pH測定儀組成實驗裝置。實驗時先在燒杯中加入20g 40%的氫氧化鈉溶液，再逐滴加入該鹽酸，測定儀打印出加入鹽酸的質量與燒杯中溶液的pH關系圖，發生反應的化學方程式為：NaOH+HCl=NaCl+H2O

(1)請以此次測定的結果，列式計算該鹽酸的實際質量分數。

(2)請分析你的計算結果與標簽標示的質量分數不一致的可能原因。

分析：本題集中和反應的實驗方案的探究、實驗方案的評價、實驗報告的記錄、實驗過程的熱效應、實驗用品的選擇、溶液pH的測定方法、化學計算、實驗結果分析等知識于一體，綜合性強、考察面廣、考查方式靈活，是一道定性實驗與定量計算相融合的中和反應綜合題。

解析：I.(1)NaOH溶液與稀鹽酸能夠發生化學反應，但該反應沒有明顯現象，因此要證明二者的反應確實能夠發生，較為簡單的方法是選用酸堿指示劑，即向氫氧化鈉溶液中滴加酚酞試液，一般為1～2滴(或2～3滴)；(2)①測定溶液的pH時不能將試紙伸入待測液、也不能將試紙事先用水潤濕，否則會污染試劑或造成測量結果產生誤差；②解決圖像題要抓住三點一線即：圖像的起點、折點、終點及曲線的變化趨勢，向NaOH溶液中滴入鹽酸，直至過量，則曲線的起點應大于7，終點應小于7；(3)甲、乙兩同學的實驗方案中乙同學的實驗方案因為通過測量溶液pH的變化，充分證明NaOH參加了化學反應；甲同學借助指示劑顏色的改變來證明氫氧化鈉與鹽酸的反應，簡單，直觀。

II.分析表中的數據，可以看出隨著鹽酸的不斷加入，溶液的溫度逐漸升高，說明該反應過程中放出熱量，當反應結束后，隨著鹽酸的繼續加入，溶液的溫度又逐漸降低，說明該過程吸收熱量；結合加入鹽酸的體積和溶液溫度的變化，利用描點法，不難得出要繪制的圖線。

III.根據丁同學所測定的溶液的pH關系圖，可以看出當溶液的pH為7時，說明NaOH與HCl完全反應，根據題中和圖中的相關數據求出鹽酸的實際質量分數。

解:(1)設該鹽酸的實際質量分數為x，則根據反應的化學方程式

(2)29.2%<32%，這是因為鹽酸具有揮發性，需要進行重復實驗。

答案：I.(1)酚酞，1～2滴；(2)①用干凈的玻璃棒蘸取待測液滴到pH試紙上，半分鐘后，試紙顯示的顏色與標準比色卡對照，讀出溶液的pH，②(C)；(3)乙同學，甲同學的實驗不能充分說明鹽酸和NaOH發生了反應，由可能是鹽酸和紅色物質反應生成了無色物質。乙同學的實驗，隨著滴加鹽酸，溶液的pH由大于7逐漸減少到等于7，這充分證明溶液中的NaOH反應消耗了；II.(1)放出熱量，(2)圖線見下圖；III.(1)(1)29.2%；(2)鹽酸具有揮發性。

“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”。