Question

5．某興趣小組的學生根據活潑金屬Mg與CO₂發生反應，推測活潑金屬鈉也能與CO₂發生反應，因此實驗小組用下列裝置進行“鈉與二氧化碳反應”的實驗探究（尾氣處理裝置已略去）．已知：常溫下，CO能使一些化合物中的金屬離子還原．

例如：PdCl₂+CO+H₂O=Pd↓+CO₂+2HCl反應生成黑色的金屬鈀，此反應也可用來檢測微量CO的存在．
請回答下列問題：
（1）為了使制氣裝置能“隨開隨用，隨關隨停”，如圖2A處制取CO₂氣體應選用的裝置是Ⅲ（填寫“I”、“Ⅱ”或“Ⅲ”），其離子方程式是CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑．裝置B和C中應盛放的試劑分別是飽和NaHCO₃，濃硫酸．
（2）觀察實驗裝置圖可知Na與CO₂反應的條件是高溫（或強熱），檢查裝置的氣密性完好并裝入藥品后，在點燃酒精噴燈前，必須進行的操作是打開Ⅲ中的止水夾，這步操作的目的是排出裝置中的空氣．
（3）假設CO₂氣體為足量，在實驗過程中分別產生以下①、②兩種不同情況，請分析并回答問題：
①若裝置F中溶液無明顯變化，裝置D中生成兩種固體物質，取少量固體生成物與鹽酸反應后，有能使澄清石灰水變渾濁的氣體放出，則鈉與二氧化碳反應的化學方程式是4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C．
②若裝置F中有黑色沉淀生成，裝置D中只生成一種固體物質，取少量該固體與鹽酸反應后，也有能使澄清石灰水變渾濁的氣體放出，則鈉與二氧化碳反應的化學方程式是2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO．
（4）請判斷②中D裝置生成固體的成分是鈉的正鹽（填“正鹽”或“酸式鹽”）．請用文字簡要說明理由根據質量守恒定律可知，反應物共有三種元素，沒有氫元素，因此不能生成酸式鹽（或生成正鹽因為高溫條件下碳酸氫鈉不存在）．

Answer 1

分析 該裝置中A目的是制取CO₂氣體，實驗室用稀鹽酸和CaCO₃反應制取CO₂，鹽酸具有揮發性，所以制取的CO₂中含有HCl，為防止干擾實驗；用B裝置吸收HCl但不能影響CO₂，B中盛放的物質是飽和NaHCO₃溶液；B中溶液含有水分，能和Na反應，為防止干擾實驗，C中用濃硫酸干燥CO₂；D中Na和CO₂發生反應，E用來吸收CO₂，F檢驗CO，
（1）為了使制氣裝置能“隨開隨用，隨關隨停”，其裝置應該和啟普發生器相似；CaCO₃和稀鹽酸反應生成氯化鈣、二氧化碳和水；實驗室用飽和碳酸氫鈉吸收HCl；用濃硫酸干燥二氧化碳；
（2）點燃酒精噴燈得到的溫度較高；空氣中氧氣能和Na在點燃條件下生成過氧化鈉；
（3）①根據元素守恒知，能和稀鹽酸反應生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳，則得到的其中一種固體是碳酸鈉，根據元素化合價變化知，生成的另一種固體是C；
②根據元素守恒知，能和稀鹽酸反應生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳，則得到的其中一種固體是碳酸鈉，F中生成黑色固體，D中生成CO；
（4）任何化學反應都遵循質量守恒定律，根據質量守恒定律確定產物成分．

解答 解：該裝置中A目的是制取CO₂氣體，實驗室用稀鹽酸和CaCO₃反應制取CO₂，鹽酸具有揮發性，所以制取的CO₂中含有HCl，為防止干擾實驗；用B裝置吸收HCl但不能影響CO₂，B中盛放的物質是飽和NaHCO₃溶液；B中溶液含有水分，能和Na反應，為防止干擾實驗，C中用濃硫酸干燥CO₂；D中Na和CO₂發生反應，E用來吸收CO₂，F檢驗CO，
（1）為了使制氣裝置能“隨開隨用，隨關隨停”，其裝置應該和啟普發生器相似，只有Ⅲ符合；CaCO₃和稀鹽酸反應生成氯化鈣、二氧化碳和水，離子方程式為CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；實驗室用稀鹽酸和CaCO₃反應制取CO₂，鹽酸具有揮發性，所以制取的CO₂中含有HCl，為防止干擾實驗；用B裝置吸收HCl但不能影響CO₂，B中盛放的物質是飽和NaHCO₃溶液；B中溶液含有水分，能和Na反應，為防止干擾實驗，C中用濃硫酸干燥CO₂；
故答案為：Ⅲ；CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；飽和NaHCO₃；濃H₂SO₄；
（2）點燃酒精噴燈得到的溫度較高，所以其反應條件為高溫（或強熱）；空氣中氧氣能和Na在點燃條件下生成過氧化鈉，干擾實驗，用二氧化碳將空氣排出，防止干擾實驗，所以應該打開Ⅲ中的止水夾，
故答案為：高溫（強熱）；打開Ⅲ中的止水夾；排出該裝置中的空氣；
（3）①根據元素守恒知，能和稀鹽酸反應生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳，則得到的其中一種固體是碳酸鈉，根據元素化合價變化知，生成的另一種固體是C，根據反應物、生成物及反應條件得方程式為4Na+3CO₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Na₂CO₃+C，故答案為：4Na+3CO₂ $\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ 2Na₂CO₃+C；
②根據元素守恒知，能和稀鹽酸反應生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體是二氧化碳，則得到的其中一種固體是碳酸鈉，F中生成黑色固體，D中生成CO，根據反應物、生成物及反應條件得方程式為2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CO，故答案為：2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高溫\;}}{\;}$ Na₂CO₃+CO；
（4）任何化學反應都遵循質量守恒定律，根據質量守恒定律知，生成物中含有C、O、Na元素，不含H元素，所以生成物只能是正鹽不能是酸式鹽，
故答案為：正鹽；根據質量守恒定律可知，反應物共有三種元素，沒有氫元素，因此不能生成酸式鹽（或生成正鹽因為高溫條件下碳酸氫鈉不存在）．

點評 本題考查性質實驗方案設計，為高頻考點，明確實驗原理是解本題關鍵，知道裝置中每個裝置的作用及實驗目的，同時考查學生實驗設計能力及思維的縝密性，難點是（3）題．