Question

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

（1）實驗記錄

序號	實驗操作	主要實驗現象	實驗結論和解釋
①	打開a，關閉b，由長頸漏斗注入濃鹽酸	A中產生大量氣泡 E中出現渾濁	E中反應的化學方程式為CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
②	當E中出現渾濁時，打開b，關閉a，點燃酒精燈	D中Na劇烈燃燒，產生白煙內壁附著黑色、白色固體 G中產生黑色沉淀	反應產物一定有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	產生白色沉淀	反應產物還有Na2CO3

（2）實驗反思
①實驗記錄②中，E中出現渾濁，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中發生的反應的化學方程式是NaHCO₃+HCl═NaCl+H₂O+CO₂↑，若無裝置C，對實驗有影響的物質是水．
③檢驗第4種反應產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）數據分析：若在實驗過程中至少需要8.8g二氧化碳參加反應，則最少需要含雜質20%的石灰石的質量是多少？（寫出計算過程）

Answer 1

分析 在質量守恒定律的基礎上，對鈉在二氧化碳中燃燒反應的生成物進行推測，并結合物質的性質設計實驗驗證物質的存在．題目涉及實驗目的理解、根據要求進行物質檢驗的實驗設計．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．根據題干提供的數據結合反應的化學方程式進行分析解答即可．

解答 解：（1）①打開a關閉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中的燃燒反應開始發生，打開b關閉a，使燃燒后氣體依次通過裝置F和G．鈉與二氧化碳反應的反應物中僅含鈉、碳、氧三種元素，由這三種元素組成的物質中呈黑色的只可能是單質碳，即裝置D中生成的黑色固體為單質碳．裝置G中氯化鈀溶液出現黑色沉淀，結合資料④可知混合氣體中含有CO．
故填：C；CO；
③鈉與二氧化碳反應生成的白色固體物質可能為氧化鈉、碳酸鈉等，加水溶解并加入石灰水，出現白色沉淀，說明白色固體物質中含有碳酸根，即含有碳酸鈉．
故填：Na₂CO₃；
（2）①E中出現渾濁，二氧化碳氣體通入了裝置E，說明了裝置內已充滿二氧化碳，即裝置內的空氣全部排出．
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是非常活潑的金屬，常溫下與O₂、H₂O等物質反應”表明水可以與裝置D中的金屬鈉發生反應，對后面的探究實驗產生影響．
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，接下來所設計的探究實驗就應該是說明白色固體中含有固體物質Na₂O．根據資料“③Na₂O是白色固體，與H₂O反應生成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溶液發生復分解反應”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）設需要碳酸鈣的質量為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10%的石灰石的質量為：20g÷（1-20%）=25g
答：需要含雜質10%的石灰石的質量是25g．

點評 準確理解實驗裝置的作用，為明確實驗操作和實驗目的基礎和前提．