Question

在研究酸和堿的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，某小組同學(xué)想證明：稀H₂SO₄與NaOH溶液混合后，雖然仍為無色溶夜，但確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)．請(qǐng)你與他們一起完成實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)施和評(píng)價(jià)．
（1）方案一：測(cè)定稀H₂SO₄與NaOH 溶夜混合前后的pH（20℃）．測(cè)定某NaOH 溶夜的pH，pH______7（選填“大于”“等于”或“小于”）．將一定量的稀H₂SO₄ 加入該NaOH 溶夜中，混合均勻后測(cè)定其pH，pH小于7．
結(jié)論：稀H₂SO₄ 與NaOH 溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，并且______過量．該反應(yīng)化學(xué)方程式為______
（2）為了進(jìn)一步獲取稀H₂SO₄ 與NaOH 溶液確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)的證據(jù)，依據(jù)中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，H₂SO₄ 與NaOH反應(yīng)是______（選填“放熱”“吸熱”或“無熱量變化”）的反應(yīng)，采用稀H₂SO₄ 與NaOH 溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，具體操作是______．
（3）方案二：利用酸堿指示劑．回憶課堂上你和老師共同完成的酸、堿反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，并依照下列要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)與分析：
①請(qǐng)你依據(jù)如圖所示設(shè)計(jì)一個(gè)酸和堿反應(yīng)的探究實(shí)驗(yàn)．

表1 探究實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
a．向燒杯中加入10ml 氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞溶液； b．再用滴管慢慢滴入稀硫酸，并不斷攪拌	a．溶液顏色______； b．不斷攪拌溶液至溶液 顏色恰好變成______為止．	酸和堿發(fā)生了中和反應(yīng)， 該反應(yīng)屬四種基本反應(yīng) 類型中的______反應(yīng)．

②選取BaCl₂、酚酞、紫色石蕊溶液設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分別探究上述酸、堿反應(yīng)后燒杯中的硫酸是否過量，請(qǐng)你根據(jù)表2判斷正確的實(shí)驗(yàn)方案及分析方案錯(cuò)誤的原因．
表2 探究實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)方案	實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論
方案一	取樣，滴入適量的氯化鋇溶液	出現(xiàn)白色沉淀	硫酸過量
方案二	取樣，滴入幾滴無色酚酞溶液	酚酞溶液不變色	酸、堿恰好反應(yīng)
方案三	取樣，滴入幾滴紫色石蕊溶液	溶液變紅	硫酸過量

設(shè)計(jì)的三個(gè)方案中，有一個(gè)正確的方案是______，請(qǐng)分析另外兩個(gè)方案，錯(cuò)誤的原因______、______．

Answer 1

解：（1）硫酸和氫氧化鈉溶液的pH值，硫酸的pH小于7，氫氧化鈉的pH大于7．當(dāng)混合后，測(cè)定其pH小于7時(shí)，說明溶液顯酸性，即硫酸有剩余，反應(yīng)物是氫氧化鈉和硫酸，生成物是硫酸鈉和水，用觀察法配平，所以方程式是：2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；
（2）酸堿中和反應(yīng)放出熱量，在反應(yīng)前后通過用溫度計(jì)測(cè)定反應(yīng)前后溶液溫度的變化，來判斷是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)；
（3）向燒杯中加入10ml 氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞溶液，所以滴入酚酞后的顏色變化是由無色變紅色（酚酞遇堿變紅）．第二步是滴入適量的硫酸，溶液會(huì)由紅色變成無色，證明堿被慢慢消耗，從而證明酸和堿發(fā)生了反應(yīng)，氫氧化鈉和硫酸發(fā)生的是中和反應(yīng)生成對(duì)應(yīng)的硫酸鈉和水，兩種化合物相互交換成分生成兩種新化合物的反應(yīng)類型，屬于復(fù)分解反應(yīng)；
對(duì)于硫酸是否過量的判斷實(shí)際上是判斷溶液中是否依然顯酸性
方案一是錯(cuò)誤的，取樣，滴入適量的氯化鋇溶液，有白色沉淀生成，不能說明硫酸過量，因?yàn)闅溲趸�鈉與硫酸反應(yīng)生成的硫酸鈉也能與氯化鋇反應(yīng)生成白色沉淀；
方案二也是錯(cuò)誤的，如果硫酸過量，酚酞試液也是無色的，所以不一定是恰好完全反應(yīng)；
方案三是正確的．
故答案為：（1）＞；H₂SO₄；2NaOH+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O；（2）放熱；測(cè)定反應(yīng)前后溶液溫度差；（3）

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
a．向燒杯中加入10ml 氫氧化鈉溶液，并滴入幾滴酚酞溶液； b．再用滴管慢慢滴入稀硫酸，并不斷攪拌	a．溶液顏色 變紅色； b．不斷攪拌溶液至溶液 顏色恰好變成 無色為止．	酸和堿發(fā)生了中和反應(yīng)， 該反應(yīng)屬四種基本反應(yīng) 類型中的 復(fù)分解反應(yīng)反應(yīng)．

方案三；方案一錯(cuò)誤的原因是溶液中有硫酸鈉生成，存在硫酸根也能與氯化鋇反應(yīng)生成白色沉淀；方案二錯(cuò)誤的原因是酸過量酚酞也是無色．
分析：（1）根據(jù)溶液的酸堿性和pH值的關(guān)系考慮；（2）根據(jù)酸堿中和反應(yīng)放出熱量，在反應(yīng)前后通過用溫度計(jì)測(cè)定反應(yīng)前后溶液溫度的變化考慮；（3）硫酸和氫氧化鈉的反應(yīng)，兩者是否完全反應(yīng)是存在三種可能的，而題目限定在恰好完全反應(yīng)和硫酸過量的兩種情況下的，所以只需要關(guān)注硫酸是否有剩余即可．當(dāng)硫酸剩余時(shí)，既可以借助測(cè)定溶液的pH值，也可以借助酸的通性來進(jìn)行，其實(shí)質(zhì)都是檢測(cè)氫離子或者消耗氫離子．
點(diǎn)評(píng)：注意從題目限制的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，這樣能夠避免設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的過多的情況的考慮，從而降低題目的難度．