题目

120mL含有0.20mol碳酸钠的溶液和200mL盐酸，不管将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是（）A. 2.0 mol•L⁻¹B. 1.5 mol•L⁻¹C. 0.18 mol•L⁻¹D. 0.24 mol•L⁻¹

120mL含有0.20mol碳酸钠的溶液和200mL盐酸，不管将前者滴加入后者，还是将后者滴加入前者，都有气体产生，但最终生成的气体体积不同，则盐酸的浓度合理的是（）

A. 2.0 mol•L⁻¹

B. 1.5 mol•L⁻¹

C. 0.18 mol•L⁻¹

D. 0.24 mol•L⁻¹

题目解答

B. 1.5 mol•L⁻¹

考查要点：本题主要考查碳酸钠与盐酸反应的分步过程，以及滴加顺序对反应产物的影响，需结合物质的量关系判断盐酸浓度范围。

解题核心思路：

明确反应分步：碳酸钠与盐酸反应分两步，第一步生成碳酸氢根（HCO₃⁻），第二步生成二氧化碳（CO₂）。
比较两种滴加方式：
- 碳酸钠滴入盐酸：若盐酸H⁺不足，直接反应生成CO₂，需至少2mol H⁺/mol CO₃²⁻。
- 盐酸滴入碳酸钠：先生成HCO₃⁻，剩余H⁺继续反应生成CO₂，需H⁺介于1~2mol/mol CO₃²⁻。
确定浓度范围：通过物质的量关系，推导盐酸浓度需满足的条件。

破题关键：盐酸的物质的量需介于碳酸钠物质的量的1倍和2倍之间（即0.2mol < n(HCl) < 0.4mol），对应浓度范围为1 mol/L < c(HCl) < 2 mol/L。

已知条件：

碳酸钠溶液：体积120mL，浓度0.20mol/L → 物质的量 $n(\text{Na}_2\text{CO}_3) = 0.12\text{L} \times 0.20\text{mol/L} = 0.024\text{mol}$。
盐酸体积：200mL → 体积 $V = 0.2\text{L}$。

分步分析：

反应方程式：
- 碳酸钠滴入盐酸：$\text{CO}_3^{2-} + 2\text{H}^+ \rightarrow \text{CO}_2 \uparrow + \text{H}_2\text{O}$（需2mol H⁺/mol CO₃²⁻）。
- 盐酸滴入碳酸钠：
  - 第一步：$\text{CO}_3^{2-} + \text{H}^+ \rightarrow \text{HCO}_3^-$（需1mol H⁺/mol CO₃²⁻）。
  - 第二步：$\text{HCO}_3^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{CO}_2 \uparrow + \text{H}_2\text{O}$（需1mol H⁺/mol HCO₃⁻）。
临界条件：
- 若盐酸H⁺恰好为0.024mol（即$n(\text{HCl}) = 0.024\text{mol}$），则两种滴加方式均不产生气体（仅生成HCO₃⁻）。
- 若盐酸H⁺恰好为0.048mol（即$n(\text{HCl}) = 0.048\text{mol}$），则两种滴加方式均生成0.024mol CO₂（完全反应）。
- 题目要求气体体积不同，说明盐酸H⁺介于上述两种临界值之间，即 $0.024\text{mol} < n(\text{HCl}) < 0.048\text{mol}$。
浓度计算：
- 盐酸物质的量范围：$0.024\text{mol} < c(\text{HCl}) \times 0.2\text{L} < 0.048\text{mol}$。
- 解得：$1\text{mol/L} < c(\text{HCl}) < 2\text{mol/L}$。

选项分析：