Question

17．學(xué)習(xí)化學(xué)一年后，同學(xué)們對(duì)課本上“活動(dòng)性較強(qiáng)的金屬一般可以將位于其后面的金屬?gòu)乃鼈兊柠}溶液中置換出來(lái)”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(lái)探究下列問(wèn)題：
【提出問(wèn)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(méi)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，觀察到鈉在CO₂中繼續(xù)燃燒，反應(yīng)后冷卻，瓶?jī)?nèi)附著黑色顆粒，并粘附著白色物質(zhì)．
【問(wèn)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(xiě)出鈉塊投入水中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑．
（3）實(shí)驗(yàn)二中生成的黑色顆粒是碳，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(méi)有氫元素．
②對(duì)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(guò)濾，向?yàn)V液中加入無(wú)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(guò)濾，向?yàn)V液中加入過(guò)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），出現(xiàn)白色沉淀，然后過(guò)濾，再向溶液里滴加無(wú)色酚酞試液，無(wú)明顯現(xiàn)象出現(xiàn)．則
乙（在甲、乙、丙中選）的猜想成立．
【拓展應(yīng)用】
③評(píng)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；pH測(cè)定儀測(cè)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)．
為了測(cè)定，小明配制了20%的氫氧化鈉溶液100g．然后在燒杯中加入一定量配得的氫氧化鈉溶液，再逐滴加入該鹽酸，恰好完全反應(yīng)時(shí)測(cè)得剩余物總量為45g．整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程用pH測(cè)定儀測(cè)定滴加過(guò)程中溶液的pH．圖2為測(cè)定儀打印出的滴加鹽酸的質(zhì)量與溶液pH的關(guān)系圖．
請(qǐng)以此次測(cè)定的數(shù)據(jù)，列式計(jì)算該鹽酸的實(shí)際質(zhì)量分?jǐn)?shù)？
（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)非常活潑，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(xiě)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(cè)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(guò)濾，再向溶液里滴加無(wú)色酚酞試液，無(wú)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(píng)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；
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(shuō)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，因此氧氣還能和水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣；
故答案為：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變可知：二氧化碳和金屬鈉反應(yīng)生成了黑色的物質(zhì)應(yīng)該是碳和白色的物質(zhì)不可能是氫氧化鈉，因?yàn)榉磻?yīng)物中無(wú)氫元素，因此不可能是氫氧化鈉；
方案2：因?yàn)榈渭幼懔葵}酸，溶液中有氣泡冒出，可證明有碳酸鈉．
方案3：向?yàn)V液中加入過(guò)量的某試劑后出現(xiàn)白色沉淀，然后過(guò)濾，再向溶液里滴加無(wú)色酚酞試液，無(wú)明顯現(xiàn)象，說(shuō)明該試劑能夠和碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀，且反應(yīng)后的溶液不顯堿性，故不能是石灰水和硫酸銅溶液；也說(shuō)明了白色固體沒(méi)有水溶液顯堿性的氧化鈉；故乙的猜想成立；
③評(píng)價(jià)與反思  向?yàn)V液中加入無(wú)色酚酞試液，觀察到溶液變成紅色，不能說(shuō)明白色物質(zhì)中一定有氧化鈉，因?yàn)樘妓徕c也顯堿性；
要較為準(zhǔn)確的測(cè)出溶液的pH值變化，最好用pH測(cè)定儀測(cè)定；
故答案為：碳；①反應(yīng)物中沒(méi)有氫元素； ②碳酸鈉   B   乙； ③碳酸鈉溶液也是堿性的；pH測(cè)定儀（或pH計(jì)）；
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(cè)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．

點(diǎn)評(píng) 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)．