Question

7．化學(xué)小組同學(xué)在課外讀物中看到：“通常CO₂可作滅火劑，但有些物質(zhì)（如Na）著火，不能用CO₂熄滅．”他們決定探究CO₂與Na反應(yīng)的產(chǎn)物．
【提出猜想】CO₂與Na反應(yīng)可能生成4種物質(zhì)：C、CO、Na₂O、Na₂CO₃．
【查閱資料】
①Na是非常活潑的金屬，常溫下與O₂、H₂O等物質(zhì)反應(yīng)．
②堿性的Na₂CO₃溶液與中性的CaCl₂溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)．
③Na₂O是白色固體，與H₂O反應(yīng)生成NaOH．
④向氯化鈀（PdCl₂）溶液中通入CO，產(chǎn)生黑色沉淀．
【實驗過程】同學(xué)們在老師的指導(dǎo)下設(shè)計了如圖所示裝置（部分夾持儀器已略去）

（1）實驗記錄

序號	實驗操作	主要實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論和解釋
①	打開a，關(guān)閉b，由長頸漏斗注入濃鹽酸	A中產(chǎn)生大量氣泡 E中出現(xiàn)渾濁	E中反應(yīng)的化學(xué)方程式為CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
②	當E中出現(xiàn)渾濁時，打開b，關(guān)閉a，點燃酒精燈	D中Na劇烈燃燒，產(chǎn)生白煙內(nèi)壁附著黑色、白色固體 G中產(chǎn)生黑色沉淀	反應(yīng)產(chǎn)物一定有C和CO
③	取D中白色固體于試管中，加水溶解，再加入石灰水	產(chǎn)生白色沉淀	反應(yīng)產(chǎn)物還有Na2CO3

（2）實驗反思
①實驗記錄②中，E中出現(xiàn)渾濁，再點燃酒精燈的目的是排出裝置中的空氣，防止空氣的干擾．
②裝置B中發(fā)生的反應(yīng)的化學(xué)方程式是NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑，若無裝置C，對實驗有影響的物質(zhì)是水．
③檢驗第4種反應(yīng)產(chǎn)物是否存在的實驗方案：取D中白色固體于試管中，加水溶解，加水完全溶解，加入過量CaCl₂溶液至不再產(chǎn)生沉淀，滴加酚酞試液，溶液呈紅色．說明白色固體中含Na₂O．
（3）數(shù)據(jù)分析：若在實驗過程中至少需要8.8g二氧化碳參加反應(yīng)，則最少需要含雜質(zhì)20%的石灰石的質(zhì)量是多少？（寫出計算過程）

Answer 1

分析 在質(zhì)量守恒定律的基礎(chǔ)上，對鈉在二氧化碳中燃燒反應(yīng)的生成物進行推測，并結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)設(shè)計實驗驗證物質(zhì)的存在．題目涉及實驗?zāi)康睦斫�、根�?jù)要求進行物質(zhì)檢驗的實驗設(shè)計．題圖所示實驗操作過程：石灰石和鹽酸制得的二氧化碳氣體經(jīng)過B、C裝置凈化、干燥后，依次通過D、F、G裝置，其中裝置E可自由控制二氧化碳的通入與否．裝置的作用：裝置B凈化吸收混有的氯化氫氣體；裝置C干燥二氧化碳；裝置D中發(fā)生鈉在二氧化碳氣體中的燃燒，可通過點燃燈加熱來控制；裝置E裝有澄清石灰水檢驗二氧化碳，使用開關(guān)a控制；裝置F盛有氫氧化鈉溶液吸收混合氣體中的二氧化碳，使用開關(guān)b控制；裝置G盛有氯化鈀溶液，檢驗氣體CO的存在；最后用氣球進行尾氣收集處理．根據(jù)題干提供的數(shù)據(jù)結(jié)合反應(yīng)的化學(xué)方程式進行分析解答即可．

解答 解：（1）①打開a關(guān)閉b，控制二氧化碳氣體進入裝置E，二氧化碳通入澄清石灰水，生成不溶于水的碳酸鈣，石灰水變渾濁．
故填：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；
②點燃酒精燈使裝置D中的燃燒反應(yīng)開始發(fā)生，打開b關(guān)閉a，使燃燒后氣體依次通過裝置F和G．鈉與二氧化碳反應(yīng)的反應(yīng)物中僅含鈉、碳、氧三種元素，由這三種元素組成的物質(zhì)中呈黑色的只可能是單質(zhì)碳，即裝置D中生成的黑色固體為單質(zhì)碳．裝置G中氯化鈀溶液出現(xiàn)黑色沉淀，結(jié)合資料④可知混合氣體中含有CO．
故填：C；CO；
③鈉與二氧化碳反應(yīng)生成的白色固體物質(zhì)可能為氧化鈉、碳酸鈉等，加水溶解并加入石灰水，出現(xiàn)白色沉淀，說明白色固體物質(zhì)中含有碳酸根，即含有碳酸鈉．
故填：Na₂CO₃；
（2）①E中出現(xiàn)渾濁，二氧化碳氣體通入了裝置E，說明了裝置內(nèi)已充滿二氧化碳，即裝置內(nèi)的空氣全部排出．
故填：排出裝置中的空氣，防止空氣的干擾；
②裝置B中的碳酸氫鈉能與鹽酸反應(yīng)生成氯化鈉、水和二氧化碳；裝置C干燥氣體二氧化碳，若無該裝置，二氧化碳氣體中混有少量的水，資料“①Na是非�；顫姷慕饘伲�常溫下與O₂、H₂O等物質(zhì)反應(yīng)”表明水可以與裝置D中的金屬鈉發(fā)生反應(yīng)，對后面的探究實驗產(chǎn)生影響．
故填：NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑；水；
③前面的探究已說明了猜想中的C、CO和Na₂CO₃的存在，因此，接下來所設(shè)計的探究實驗就應(yīng)該是說明白色固體中含有固體物質(zhì)Na₂O．根據(jù)資料“③Na₂O是白色固體，與H₂O反應(yīng)生成NaOH”可以考慮使用酚酞試液進行檢驗，但由于Na₂CO₃存在影響，所以先使用資料“②堿性的Na₂CO₃溶液與中性的CaCl₂溶液發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)”中的氯化鈣溶液處理溶液中的Na₂CO₃．
故填：加水完全溶解，加入過量CaCl₂溶液至不再產(chǎn)生沉淀，滴加酚酞試液，溶液呈紅色．說明白色固體中含Na₂O．
（3）設(shè)需要碳酸鈣的質(zhì)量為x
CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑
100                   44
x                                    8.8g
$\frac{100}{x}=\frac{44}{8.8g}$
x=10g
故需要含雜質(zhì)10%的石灰石的質(zhì)量為：20g÷（1-20%）=25g
答：需要含雜質(zhì)10%的石灰石的質(zhì)量是25g．

點評 準確理解實驗裝置的作用，為明確實驗操作和實驗?zāi)康幕�礎(chǔ)和前提．