Question

2．X、Y、Z、W、M五種化合物均由短周期元素組成，其中Z含有四種元素，X、Y、Z、M的焰色反應均為黃色，M為淡黃色粉末，可用于呼吸面具和潛水艇中氧氣的來源，W為無色無味氣體．這四種化合物具有下列轉化關系（如圖1）（反應條件和反應中產生的水均已略去）．請回答：

Ⅰ（1）寫出W與M發生反應的化學方程式：2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂．
（2）Z與Y在溶液中反應的離子方程式是HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O．
Ⅱ．某無色透明溶液中可能含有Fe³⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，加入Na₂O₂并加熱，產生沉淀或氣體的物質的量與Na₂O₂的物質的量關系如圖2所示．請回答：溶液中肯定沒有Fe³⁺、Cu²⁺離子；沉淀部分減少時的離子方程式為Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
Ⅲ．某同學配制0.1mol•L^-1的Na₂CO₃溶液，則在該溶液中，下列關系不正確的e
a．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L
b．c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
d．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
e．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=2c（Na⁺）

Answer 1

分析 Ⅰ．X、Y、Z、M的焰色反應均為黃色，則X、Y、Z、M含有鈉元素，M為淡黃色粉末，則M為Na₂O₂，可用于呼吸面具和潛水艇中氧氣的來源，W為無色無味氣體，W與過氧化鈉反應生成氧氣，則W為CO₂，所以X為Na₂CO₃，Z含有四種元素，Y中含有鈉元素，Y與Z反應生成碳酸鈉，則Y為NaOH，Z為NaHCO₃，據此答題；
Ⅱ．根據無色透明溶液可判斷Fe³⁺、Cu²⁺是否存在，根據圖象可知，加入過氧化鈉與水反應，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，加入氫氧化鈉溶液，有沉淀產生及生成氣體的物質的量與過氧化鈉的物質的量關系，可判斷NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺是否存在，據此答題；
Ⅲ．Na₂CO₃在溶液中存在下列關系：Na₂CO₃ =2Na⁺+CO₃^2-； CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；H₂O?H⁺+OH^-，據此答題．

解答 解：Ⅰ．X、Y、Z、M的焰色反應均為黃色，則X、Y、Z、M含有鈉元素，M為淡黃色粉末，則M為Na₂O₂，可用于呼吸面具和潛水艇中氧氣的來源，W為無色無味氣體，W與過氧化鈉反應生成氧氣，則W為CO₂，所以X為Na₂CO₃，Z含有四種元素，Y中含有鈉元素，Y與Z反應生成碳酸鈉，則Y為NaOH，Z為NaHCO₃，
1）W與M發生反應的化學方程式為2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂，
故答案為：2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂；
（2）Z與Y在溶液中反應的離子方程式是HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O，
故答案為：HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O；
Ⅱ、由于溶液透明無色，那么一定不存在Fe³⁺、Cu²⁺，因為兩者分別為黃綠色和藍色，加入過氧化鈉與水反應，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，在0.3-0.35mol這一段內，共溶解氫氧化鋁沉淀0.1mol，則根據Al³⁺～Al（OH）₃～[Al（OH）₄]^-，所以鋁離子的物質的量是0.1mol，在0～0.3mol過氧化鈉這一段，生成沉淀量最大，是氫氧化鎂和氫氧化鋁的混合物，所以含有氫氧化鎂，所以溶液中含有Mg²⁺、Al³⁺，根據氣體的量，當加入0.3mol過氧化鈉時，理論上會產生0.15mol的氧氣，此時生成氣體共0.25mol，所以會生成0.1mol的氨氣，所以溶液中有銨根離子，沉淀部分減少時反應為氫氧化鋁溶于氫氧化鈉溶液，離子反應方程式為：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案為：Fe³⁺、Cu²⁺；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
Ⅲ、Na₂CO₃在溶液中存在下列關系：Na₂CO₃ =2Na⁺+CO₃^2-； CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；H₂O?H⁺+OH^-，所以在0.1mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中，
a．根據元素守恒有c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，故a正確；
b．離子濃度大小關系為：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故b正確；
c．根據溶液呈電中性可知：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），故c正確；
d．根據質子守恒有：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故d正確；
e．根據物料守恒有：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=$\frac{1}{2}$c（Na⁺），故e錯誤，
故選e．

點評 本題考查無機物推斷，涉及物質的量的計算、物質推斷、氯氣性質等知識點，側重考查學生分析推斷能力及計算能力，知道圖2中各個裝置的作用及發生的反應，題目難度中等