Question

13．某研究性學習小組對鈉在CO₂氣體中燃燒進行了下列實驗：

操作過程	實驗現象
將干燥純凈的CO2緩緩通過放有鈉的已排盡空氣的干燥玻璃管中，加熱	鈉燃燒，火焰為黃色
反應后冷卻	管壁附有黑色顆粒和白色物質

（1）該小組同學對管壁的白色物質的成分進行討論并提出假設：
Ⅰ．白色物質可能是Na₂O；
Ⅱ．白色物質可能是Na₂CO₃
Ⅲ．白色物質還可能是Na₂O和Na₂CO₃混合物
（2）為確定該白色物質的成分，該小組進行了如下實驗：

實驗步驟	實驗現象
①少量白色物質于試管中，加入適量水，振蕩，樣品全部溶于水，向其中加過量的CaC12溶液出現白色沉淀	出現白色沉淀
②靜置片刻，取上層清液于試管中，滴加無色酚酞試液	無明顯現象

①通過對上述實驗的分析，你認為上述三個假設中，Ⅱ成立．
②則鈉在CO₂中燃燒的化學方程式為4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C．
③丙同學認為白色物質有可能是氫氧化鈉，你認為是否合理并說出理由不正確，因為反應物中無H元素（或違背質量守恒定律）．
（3）丁同學稱取Na₂O樣品mg（假設只含有Na₂O₂雜質），請你與他合作從下面選用合適的儀器和試劑，設計一種可選用的實驗儀器組合，填寫下表以完成樣品中Na₂O含量的測定．可選用的試劑：

a．濃硫酸   b．水   c．鹽酸標準溶液   d．NaOH 標準溶液  e．酚酞  f．堿石灰  g．稀鹽酸

實驗過程中發(fā)生反應的化學方程式	實驗所需儀器（用字母表示）	實驗所需試劑（用字表示）	實驗需直接測定的有關物理量（用文字說明）

（4）某學生設計了以下實驗方案來測定該試樣中Na₂O的質量分數，其操作流程和實驗數據如下：
7.75gNa₂O樣品$\stackrel{在氧氣中充分灼燒}{→}$固體$\stackrel{冷卻}{→}$稱量得固體9.35g．該Na₂O產品中Na₂O的質量分數為80%．

Answer 1

分析 （1）白色固體還可能是氧化鈉與碳酸鈉的混合物；
（2）①氧化鈉能與水反應生成氫氧化鈉，氫氧化鈉不能與氯化鈣反應；
②依據方案①②的反應現象和結論，分析和推斷鈉在二氧化碳中燃燒生成碳酸鈉和碳；
③依據反應物中的元素守恒分析判斷生成物的組成元素；
（3）稱取Na₂O樣品mg（假設只含有Na₂O₂雜質），完成樣品中Na₂O含量的測定，可以稱取樣品于儀器D中，通過加入水反應完全后，測定反應前后錐形瓶的質量得到放出氧氣質量，結合化學方程式定量關系計算過氧化鈉質量得到氧化鈉質量分數；或選擇GC裝置，一定質量樣品中滴入水反應后測定生成氧氣的體積換算為標準狀況計算得到氧氣量，依據化學方程式定量關系計算得到過氧化鈉質量，得到氧化鈉質量分數；或利用標準鹽酸溶液滴定反應后溶液中生成的氫氧化鈉的量，結合元素守恒列式計算得到氧化鈉和過氧化鈉的質量，得到氧化鈉質量分數；
（4）7.75g樣品在空氣中充分灼燒得到過氧化鈉，冷卻稱量固體質量9.35g，結合化學方程式定量關系計算氧化鈉質量分數；

解答 解：（1）鈉在二氧化碳中燃燒這一化學反應的反應物中只含有鈉元素、碳元素和氧元素，沒有氫元素，可能生成氧化鈉或碳酸鈉或二者的混合物，
故答案為：Na₂O和Na₂CO₃的混合物；
（2）①氧化鈉能與水反應生成氫氧化鈉，氫氧化鈉不能與氯化鈣溶液反應產生白色沉淀，且其水溶液顯堿性，碳酸鈉能與氯化鈣反應生成氯化鈉和碳酸鈣白色沉淀，故Ⅱ成立，故答案為：Ⅱ；
②依據現象和實驗分析判斷鈉在二氧化碳氣體中燃燒生成碳酸鈉和碳單質，反應的化學方程式為：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C，
故答案為：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C；
③丙同學認為白色物質有可能是氫氧化鈉．是錯誤的，在反應過程中，是鈉在二氧化碳氣體中 的燃燒反應，無氫元素的存在，實驗依據元素守恒可置換不可能生成氫氧化鈉，
故答案為：不正確，因為反應物中無H元素（或違背質量守恒定律）；
（3）稱取Na₂O樣品mg（假設只含有Na₂O₂雜質），完成樣品中Na₂O含量的測定，可以稱取樣品于儀器D中，通過加入水反應完全后，測定反應前后錐形瓶的質量得到放出氧氣質量，結合化學方程式定量關系計算過氧化鈉質量得到氧化鈉質量分數；或選擇GC裝置，一定質量樣品中滴入水反應后測定生成氧氣的體積換算為標準狀況計算得到氧氣量，依據化學方程式定量關系計算得到過氧化鈉質量，得到氧化鈉質量分數；或利用標準鹽酸溶液滴定反應后溶液中生成的氫氧化鈉的量，結合元素守恒列式計算得到氧化鈉和過氧化鈉的質量，得到氧化鈉質量分數，實驗過程中發(fā)生反應的化學方程式，實驗所需儀器，實驗所需試劑，實驗需直接測定的有關物理量如表所示：

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑， Na2O+H2O=2NaOH	A、D	b	①反應前錐形瓶、樣品和水的總質量 ②反應后錐形瓶和溶液的總質量
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑， Na2O+H2O=2NaOH	G、C	b	量筒中收集到的氣體的體積
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑， Na2O+H2O=2NaOH， NaOH+HCl=NaCl+H2O	D、H	b、c、e	中和錐形瓶中樣品與水反應后所得溶液使用的鹽酸標準溶液的體積

故答案為：

2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑， Na2O+H2O=2NaOH	A、D	b	①反應前錐形瓶、樣品和水的總質量 ②反應后錐形瓶和溶液的總質量
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑， Na2O+H2O=2NaOH	G、C	b	量筒中收集到的氣體的體積
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑， Na2O+H2O=2NaOH， NaOH+HCl=NaCl+H2O	D、H	b、c、e	中和錐形瓶中樣品與水反應后所得溶液使用的鹽酸標準溶液的體積

（4）7.75g樣品在空氣中充分灼燒得到過氧化鈉，冷卻稱量固體質量9.35g，化學方程式為：2Na₂O+O₂=2Na₂O₂，質量增加為反應的氧氣質量，氧氣物質的量=$\frac{9，35g-7.75g}{32g/mol}$=0.05mol，則原樣品中氧化鈉為0.1mol，質量分數=$\frac{0.1mol×62g/mol}{7.75g}$×100%=80%，
故答案為：80%；

點評 本題考查物質的組成探究，為高頻考點，題目難度中等，試題側重于學生的分析能力和實驗能力的考查，注重于物質性質的綜合應用，根據反應現象正確判斷反應產物是解答本題的關鍵．