Question

14．學(xué)習(xí)化學(xué)一年后，同學(xué)們對課本上“活動性較強的金屬一般可以將位于其后面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．
【實驗探究】
實驗一：①在實驗室中，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．
實驗二：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+2H₂O+CuSO₄=Na₂SO₄+H₂↑+Cu（OH）₂↓．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）實驗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：甲認為白色物質(zhì)是氧化鈉，乙認為是碳酸鈉，丙認為是氧化鈉和碳酸鈉的混合物，丁認為是氫氧化鈉．
我認為丁的猜想是錯誤的，理由是反應(yīng)物中沒有氫元素．
②對白色物質(zhì)是什么進行實驗再探究，方案設(shè)計如下：
方案1：取該樣品少量于試管里，加入適量的水，振蕩，過濾，向濾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，向濾液中加入過量的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評價與反思：小娟同學(xué)認為實驗方案1得出的結(jié)論不正確，其理由是碳酸鈉溶液也是堿性的；
實驗室中的金屬鈉著火時，你的滅火方法是用沙子覆蓋．
【拓展應(yīng)用】測定實驗中使用的標有質(zhì)量分數(shù)為16%的鹽酸（圖1）的實際質(zhì)量分數(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計算，需氫氧化鈉20g ③裝瓶并貼標簽 ④稱取氫氧化鈉，量取水80mL（水的密度為1g/mL）．其正確的順序為②④①③（填序號）．配制氫氧化鈉溶液時，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點對應(yīng)的溶液呈酸性（填“酸性”、“堿性”或“中性”）；b點對應(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)，計算該鹽酸的實際質(zhì)量分數(shù)為14.6%
（3）該鹽酸的實際質(zhì)量分數(shù)與標簽上標出的質(zhì)量分數(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；剩余固體加熱到更高溫度固體的質(zhì)量又會減少，根據(jù)氧化銅中所含的兩種元素可猜想可能是氧化銅中的氧元素轉(zhuǎn)化為氧氣，根據(jù)計算會發(fā)現(xiàn)氧化銅中氧元素的質(zhì)量大于固體減少的質(zhì)量，那么就可能是氧化銅中的部分氧元素轉(zhuǎn)化為氧氣；
（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，注意在驗證是否有氧化鈉時，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)量分數(shù)，計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)量分數(shù)的溶液的步驟進行排序；
（2））①根據(jù)滴加鹽酸到圖象中a點和b點時溶液發(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點時，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)量分數(shù)的公式計算該鹽酸的實際質(zhì)量分數(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↑；
因為鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉和氫氣，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；氫氧化鈉溶液和硫酸銅溶液反應(yīng)生成氫氧化銅沉淀和硫酸鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：=．故鈉投入硫酸銅溶液中總的化學(xué)反應(yīng)方程式2Na+2H₂O+CuSO₄=Na₂SO₄+H₂↑+Cu（OH）₂↓；
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×$\frac{16}{80}$×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{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．
（3）根據(jù)質(zhì)量守恒定律化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變可知：二氧化碳和金屬鈉反應(yīng)生成了黑色的物質(zhì)應(yīng)該是碳和白色的物質(zhì)不可能是氫氧化鈉，因為反應(yīng)物中無氫元素，因此不可能是氫氧化鈉；
方案2：因為滴加足量鹽酸，溶液中有氣泡冒出，可證明有碳酸鈉．
方案3：向濾液中加入過量的某試劑后出現(xiàn)白色沉淀，然后過濾，再向溶液里滴加無色酚酞試液，無明顯現(xiàn)象，說明該試劑能夠和碳酸鈉反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀，且反應(yīng)后的溶液不顯堿性，故不能是石灰水和硫酸銅溶液；也說明了白色固體沒有水溶液顯堿性的氧化鈉；故乙的猜想成立；
③評價與反思  向濾液中加入無色酚酞試液，觀察到溶液變成紅色，不能說明白色物質(zhì)中一定有氧化鈉，因為碳酸鈉也顯堿性；
結(jié)合鈉的性質(zhì)，實驗室中的金屬鈉著火時，不能用水和二氧化碳等棉花，可以采用的滅火方法是用沙子覆蓋，與氧氣隔絕；
故答案為：碳；①反應(yīng)物中沒有氫元素； ②碳酸鈉；B；乙； ③碳酸鈉溶液也是堿性的；用沙子覆蓋（其它答案合理也可）；
【拓展應(yīng)用】（1）配制質(zhì)量分數(shù)為20%的氫氧化鈉溶液100g，需要氫氧化鈉固體的質(zhì)量為100g×20%=20g，水的質(zhì)量為：100g-20g=80g，體積為80ml；配制一定質(zhì)量分數(shù)的溶液的步驟：計算、稱量（量取）、溶解、裝瓶存放，故順序為：②④①③；需要用到的儀器有：燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、托盤天平，
故答案為：20；80；②④①③；玻璃棒；
（2）①由圖示可知，當(dāng)?shù)渭欲}酸到圖象中a點時，pH＜7，說明鹽酸的量過量，溶液呈現(xiàn)酸性；當(dāng)?shù)渭欲}酸到圖象中b點時，pH＞7，說明鹽酸的量不足，溶液呈現(xiàn)堿性，部分氫氧化鈉參加反應(yīng)生成了氯化鈉，還有剩余的氫氧化鈉，所以溶液中的溶質(zhì)是：NaCl、NaOH；
故答案為：酸；NaCl、NaOH；
②設(shè)：此鹽酸的質(zhì)量分數(shù)為x．
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40   36.5
20g×20%  25g×x 
則$\frac{40}{20g×20%}=\frac{36.5}{25g×x}$，解得x=14.6%
答：此待測鹽酸質(zhì)量分數(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)量分數(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↑； （3）碳；①反應(yīng)物中沒有氫元素； ②碳酸鈉   B   乙； ③碳酸鈉溶液也是堿性的；用沙子覆蓋（其它答案合理也可）【拓展應(yīng)用】（1）20；  80； ②④①③玻璃棒； （2）①酸性  NaCl、NaOH；  ②14.6%；（3）鹽酸具有揮發(fā)性．

點評 本考點屬于信息給與題，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)計實驗，進行探究，能夠激發(fā)學(xué)生的探究欲望，綜合性比較強．