Question

9．學(xué)習(xí)化學(xué)一年后，同學(xué)們對課本上“活動性較強(qiáng)的金屬一般可以將位于其后的金屬從它們的鹽溶液中置換出來”以及“支持燃燒的氣體一般是氧氣”這兩句話產(chǎn)生了質(zhì)疑，在老師的幫助下，用金屬鈉來探究下列問題：
【提出問題】1．金屬鈉能否置換出硫酸銅溶液中的銅？
2．金屬鈉能否在其他氣體（如：CO₂）中燃燒？
【查閱資料】金屬Na性質(zhì)活潑，常溫下，它極易與氧氣反應(yīng)生成白色固體氧化鈉，氧化鈉溶于水生成氫氧化鈉，金屬鈉還可以與水劇烈反應(yīng)放出氫氣．
【實(shí)驗(yàn)探究】
實(shí)驗(yàn)一：①在實(shí)驗(yàn)室中，金屬鈉保存在煤油中；
②用鑷子從煤油中取出一小塊金屬鈉，用濾紙吸干表面煤油后投入硫酸銅溶液中，觀察到溶液中出現(xiàn)藍(lán)色沉淀，但沒有紅色的物質(zhì)析出；
③按照步驟②將金屬鈉投入水中，待反應(yīng)結(jié)束后滴加酚酞溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變紅．
實(shí)驗(yàn)二：將燃燒的鈉迅速伸入盛有CO₂的集氣瓶中，觀察到在CO₂中繼續(xù)燃燒，反應(yīng)后冷卻，瓶內(nèi)附著黑色顆粒，并粘附著白色物質(zhì)．
【問題討論】
（1）金屬鈉保存在煤油中的原因是防止鈉與氧氣和水反應(yīng)變質(zhì)．
（2）根據(jù)上述資料寫出鈉塊投入水中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，鈉投入硫酸銅溶液中，總的化學(xué)反應(yīng)方程式2Na+CuSO₄+2H₂O═Cu（OH）₂+Na₂SO₄+H₂↑．氫氧化銅受熱分解成氧化銅和水，若將24.0g剩余固體繼續(xù)高溫加熱，發(fā)現(xiàn)固體質(zhì)量減少了2.4g后質(zhì)量不再改變，寫出此過程中可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．
（3）實(shí)驗(yàn)二中生成的黑然顆粒是碳，而白色物質(zhì)可能是什么呢？
①同學(xué)們圍繞白色物質(zhì)可能是什么產(chǎn)生如下猜想：甲認(rèn)為白色物質(zhì)是氧化鈉，乙認(rèn)為是碳酸鈉，丙認(rèn)為是氧化鈉和碳酸鈉的混合物，丁認(rèn)為是氫氧化鈉．
我認(rèn)為丁的猜想是錯(cuò)誤的，理由是反應(yīng)物中沒有氫元素．
②對白色物質(zhì)是什么進(jìn)行實(shí)驗(yàn)再探究，方案設(shè)計(jì)如下：
方案1：取該樣品少量于試管里，加入適量的水，振蕩，過濾，向?yàn)V液中加入無色酚酞試液，觀察到溶液變成紅色，結(jié)論：白色物質(zhì)中一定有氧化鈉．
方案2：取該樣品少量于試管里，滴加足量鹽酸，溶液中有氣泡冒出，結(jié)論：白色物質(zhì)中一定有碳酸鈉．
方案3：取該樣品少量于試管里，加入適量的水，振蕩，過濾，向?yàn)V液中加入過量的B溶液（供選試劑：A．石灰水  B．氯化鈣溶液  C．硫酸銅溶液，填序號），出現(xiàn)白色沉淀，然后過濾，再向溶液里滴加無色酚酞試液，無明顯現(xiàn)象出現(xiàn)．則乙（在甲、乙、丙中選）的猜想成立．
③評價(jià)與反思：小娟同學(xué)認(rèn)為實(shí)驗(yàn)方案1得出的結(jié)論不正確，其理由是碳酸鈉溶液也是堿性的；
實(shí)驗(yàn)室中的金屬鈉著火時(shí)，你的滅火方法是用黃沙掩埋．
【拓展應(yīng)用】測定實(shí)驗(yàn)中使用的標(biāo)有質(zhì)量分?jǐn)?shù)為16%的鹽酸（圖1）的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（1）為了測定，需配制20%的氫氧化鈉溶液100g．配制步驟有：①溶解 ②計(jì)算，需氫氧化鈉g ③裝瓶并貼標(biāo)簽 ④稱取氫氧化鈉20g，量取水80mL（水的密度為1g/mL）．其正確的順序?yàn)棰冖堍佗郏ㄌ钚蛱枺��?br />配制氫氧化鈉溶液時(shí)，需要的玻璃儀器有量筒、燒杯、滴管及玻璃棒．
（2）小明同學(xué)在燒杯中加入配得的氫氧化鈉溶液20g，再逐滴加入該鹽酸．用pH測定儀測定滴加過程中溶液的pH．圖2為測定儀打印出的滴加鹽酸的質(zhì)量與溶液pH的關(guān)系圖．

①a點(diǎn)對應(yīng)的溶液呈酸性（填“酸性”、“堿性”或“中性”）；b點(diǎn)對應(yīng)的溶液中的溶質(zhì)為NaCl、NaOH（寫化學(xué)式）．
②請以此次測定的數(shù)據(jù)，列式計(jì)算該鹽酸的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)？14.6%
（3）該鹽酸的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)與標(biāo)簽上標(biāo)出的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不一致的可能原因鹽酸具有揮發(fā)性（不考慮誤差）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)金屬鈉的化學(xué)性質(zhì)非�；顫�，易與氧氣和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)分析；
（2）金屬鈉投入硫酸銅溶液中，根據(jù)酚酞試液變紅及元素守恒的角度分析鈉與水反應(yīng)的產(chǎn)物并寫出方程式；
（3）根據(jù)金屬鈉也能在二氧化碳中燃燒，根據(jù)質(zhì)量守恒定律中化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變分析黑色固體的成分和白色物質(zhì)的成分；
方案2：依據(jù)滴加足量鹽酸，溶液中有氣泡冒出，推測白色物質(zhì)的成分；
方案3：根據(jù)加入的試劑與碳酸鈉反應(yīng)出現(xiàn)白色沉淀，然后過濾，再向溶液里滴加無色酚酞試液，無明顯現(xiàn)象出現(xiàn)，得出合理的猜想的結(jié)論，注意在驗(yàn)證是否有氧化鈉時(shí)，要注意碳酸鈉溶液也顯堿性，要用氯化鈣溶液排除碳酸鈉的干擾；
③評價(jià)與反思  根據(jù)碳酸鈉也顯堿性分析；
根據(jù)金屬鈉的性質(zhì)選擇合適的滅火方法；
【拓展應(yīng)用】（1）利用溶質(zhì)質(zhì)量=溶液質(zhì)量×溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，計(jì)算配制溶液所需要的溶質(zhì)的質(zhì)量和溶劑的質(zhì)量；由配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液的步驟進(jìn)行排序；
（2）①根據(jù)滴加鹽酸到圖象中a點(diǎn)和b點(diǎn)時(shí)溶液發(fā)生的反應(yīng)以及剩余的反應(yīng)物分析．
②觀察圖示，當(dāng)?shù)渭欲}酸到C點(diǎn)時(shí)，溶液的pH=7，25g的鹽酸與20g20%的氫氧化鈉溶液恰好完全反應(yīng)，根據(jù)鹽酸與氫氧化鈉的反應(yīng)，由氫氧化鈉的質(zhì)量求出所消耗的鹽酸中溶質(zhì)的質(zhì)量；再根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的公式計(jì)算該鹽酸的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（3）根據(jù)鹽酸的揮發(fā)性分析．

解答 解：（1）金屬Na性質(zhì)活潑，常溫下極易與氧氣反應(yīng)生成白色固體氧化鈉，氧化鈉溶于水生成氫氧化鈉；金屬鈉還可以與水劇烈反應(yīng)放出氫氣，因此保存在煤油中．
故答案為：防止鈉與氧氣和水反應(yīng)變質(zhì)；
（2）將金屬鈉投入水中，待反應(yīng)結(jié)束后滴加酚酞溶液，發(fā)現(xiàn)溶液變紅，說明產(chǎn)生了堿性的物質(zhì)，根據(jù)反應(yīng)前后元素的種類不變，因此是氫氧化鈉；結(jié)合資料提供的還產(chǎn)生氫氣，因此鈉能和水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣；再根據(jù)現(xiàn)象產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，說明是氫氧化鈉和硫酸銅反應(yīng)產(chǎn)生了氫氧化銅藍(lán)色沉淀，此外還得到硫酸鈉，反應(yīng)的方程式為：2Na+CuSO₄+2H₂O═Cu（OH）₂+Na₂SO₄+H₂↑；
氧化銅加熱后質(zhì)量又會減少，應(yīng)該是氧化銅中的氧元素轉(zhuǎn)化為氧氣，24g氧化銅的氧元素的質(zhì)量=24g×$\frac{16}{64+16}$×100%=4.8g，大于2.4g，說明是氧化銅中的部分氧元素轉(zhuǎn)化為氧氣，所以此過程中可能發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑；
故答案為：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；2Na+CuSO₄+2H₂O═Cu（OH）₂+Na₂SO₄+H₂↑；4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑；
（3）鈉在CO₂中燃燒后瓶內(nèi)附著黑色顆粒，從反應(yīng)物的元素組成來分析，黑色顆粒只能是碳，而白色物質(zhì)可能是氧化鈉或碳酸鈉或二者的混合物，但不能是氫氧化鈉，因?yàn)榉磻?yīng)物中沒有氫元素．氧化鈉和水反應(yīng)生成氫氧化鈉，所以其水溶液呈堿性，碳酸鈉溶液也呈堿性，鑒別它們時(shí)不能只用酚酞，要鑒別碳酸根離子，
故答案為：碳； ①反應(yīng)物中沒有氫元素；②碳酸鈉； B；乙；  
③碳酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液都呈堿性，故用酚酞不能鑒別，金屬鈉與水反應(yīng)放出氫氣，也能和二氧化碳反應(yīng)，故金屬鈉著火時(shí)不能有水和二氧化碳滅火器，最好是用黃沙掩埋．
答案為：碳酸鈉溶液也是堿性的，用黃沙掩埋；
【拓展應(yīng)用】（1）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的氫氧化鈉溶液100g，需要?dú)溲趸�鈉固體的質(zhì)量為100g×20%=20g，水的質(zhì)量為：100g-20g=80g，體積為80ml；配制一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液的步驟：計(jì)算、稱量（量取）、溶解、裝瓶存放，故順序?yàn)椋孩冖堍佗�；需要用到的儀器有：燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、托盤天平，
故答案為：20；80；②④①③；玻璃棒；
（2）①由圖示可知，當(dāng)?shù)渭欲}酸到圖象中a點(diǎn)時(shí)，pH＜7，說明鹽酸的量過量，溶液呈現(xiàn)酸性；當(dāng)?shù)渭欲}酸到圖象中b點(diǎn)時(shí)，pH＞7，說明鹽酸的量不足，溶液呈現(xiàn)堿性，部分氫氧化鈉參加反應(yīng)生成了氯化鈉，還有剩余的氫氧化鈉，所以溶液中的溶質(zhì)是：NaCl、NaOH；
故答案為：酸；NaCl、NaOH；
②設(shè)：此鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40    36.5
20g×20%  25g×x 
$\frac{40}{20g×20%}$=$\frac{36.5}{25g×x}$
x=14.6%
答：此待測鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.6%；
（3）鹽酸具有揮發(fā)性，是導(dǎo)致鹽酸溶液溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)減少的原因；
故答案為：鹽酸具有揮發(fā)性．
故答案為：
【問題討論】
（1）防止鈉與氧氣反應(yīng)變質(zhì)，
（2）2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑；
2Na+CuSO₄+2H₂O═Cu（OH）₂+Na₂SO₄+H₂↑；   4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑
（3）碳（或C）
①反應(yīng)物中沒有氫元素；      ②碳酸鈉（或Na₂CO₃）；   B；  乙；
③碳酸鈉溶液也是堿性的；      用黃沙掩埋
【拓展應(yīng)用】（1）20；  80；   ②④①③；  玻璃棒
（2）①酸性；   NaOH、NaCl    此待測鹽酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為14.6%
（3）鹽酸具有揮發(fā)．

點(diǎn)評 本考點(diǎn)屬于信息給與題，在主要考查了金屬鈉的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，以及氧氣、水和二氧化碳與鈉反應(yīng)的有關(guān)性質(zhì)和反應(yīng)的類型．還考查了質(zhì)量守恒定律中，元素的種類反應(yīng)前后不變，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行探究，能夠激發(fā)學(xué)生的探究欲望，綜合性比較強(qiáng)．