探究钠的化合物的性质

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  1. 探究Na2O2的性质
  有两个实验小组的同学为探究过氧化钠与SO2的反应,都用如下图所示的装置进行实验。通入SO2气体,将带火星的木条插入试管C中,木条复燃。有关资料:Na2SO3具有较强的还原性,易被氧化成Na2SO4。
  [SO2][浓H2SO4][Na2O2][B][C][A][NaOH溶液]
  请回答下列问题:
  (1)第1小组同学认为Na2O2与SO2反应生成了Na2SO3和O2,则反应的化学方程式是 ;
  (2)请设计一种实验方案证明Na2O2与SO2反应生成的白色固体中含有Na2SO3: ;
  (3)第2小组同学认为Na2O2与SO2反应除了生成Na2SO3和O2外,还有Na2SO4生成。为检验是否有Na2SO4生成,他们设计了如下方案:
  将装置中反应后的固体溶解于水[BaCl2溶液]白色沉淀[稀HNO3溶液]仍有部分白色沉淀不溶解,证明有Na2SO4。上述方案是否合理? 。请简要说明两点理由:① ;② 。
  解析 第一问可根据Na2O2与CO2的反应的方程式进行知识的迁移,完成方程式的书写。
  第二问考查亚硫酸根的检验,可以将知识迁移到SO2的检验上。即通过加入稀盐酸或稀硫酸,产生SO2,然后通过特征现象(SO2使品红溶液褪色)进行检验。
  第三问考查SO42-的检验,即先用稀盐酸酸化,然后加入BaCl2溶液或Ba(NO3)2溶液进行检验。注意:如果先加入钡盐溶液后加酸,就会出现亚硫酸盐被硝酸或过氧化钠氧化,从而得出错误的结论。
  答案 (1)2Na2O2+2SO2=2Na2SO3+O2;(2)取白色固体少许,加稀硫酸,产生能使品红溶液褪色的气体;(3)不合理。①稀HNO3能将BaSO3氧化为BaSO4;②如果反应后的固体中还残留Na2O2,它溶于水后能将SO32-氧化成SO42-。
  点拨 本题关于Na2O2的性质的考查较新颖,常规考查方式是将Na2O2与CO2或H2O反应的性质联系到试题中,然而,本题却要求书写Na2O2与SO2的反应,很好地考查了同学们的知识迁移能力。另外,本试题对SO42-的检验方法是以实验方案设计的形式拿出来的。
  
  2. 探究Na2CO3和NaHCO3的性质
  X、Y、Z、W四种化合物均由短周期元素组成,其中X含有四种元素,X、Y、Z的焰色反应均为黄色,W为无色无味气体。这四种化合物具有下列转化关系(部分反应物、产物及反应条件已略去)。
  [X Z W][△+Y]
  请回答:
  (1)W的电子式是 ;
  (2)X与Y在溶液中反应的离子方程式是 ;
  (3)X含有的四种元素之间(二种、三种或四种)可组成多种化合物,选用其中某些化合物,利用下图装置(夹持固定装置已略去)进行实验,装置Ⅲ中产生白色沉淀,装置V中可收集到一种无色气体。
  [稀硫酸][Ⅰ][Ⅱ][Ⅲ][Ⅳ][Ⅴ][浓硫酸][Ba(OH)2
  饱和溶液]
  ①装置Ⅰ中反应的化学方程式是 ,装置Ⅱ中物质的化学式是 ;
  ②用X含有的四种元素中的两种组成的某化合物,在催化剂存在下制备并收集纯净干燥的装置V中气体,该化合物的化学式是 ,所需仪器装置是 (从上图中选择必要装置,填写编号);
  (4)向Z溶液中通入氯气,可制得某种生产和生活中常用的漂白、消毒的物质,同时有X生成,该反应的化学方程式是 。
  解析 首先我们要根据线图分析出X是NaHCO3,Y是NaOH,Z是Na2CO3,W为CO2。X中含有Na、H、C、O四种元素,可组成Na2O2、Na2CO3、NaOH、H2O2等多种物质,但装置Ⅰ中是固体物质跟硫酸的反应,且装置Ⅲ中有白色沉淀产生。这样,我们不难分析出,装置Ⅰ中为NaHCO3或Na2CO3。Ⅰ中产生的CO2与Ⅱ中物质反应可以生成气体,那么Ⅱ只能是Na2O2,Ⅴ中收集的是O2。而在最后一问中,联系生活实际,在Na2CO3溶液中通入Cl2 ,制得的有漂白性的物质应该是NaClO。
  答案 (1)[∶][∶][O∶∶C∶∶O][∶][∶]
  (2)HCO3-+OH-=CO32-+H2O
  (3)①Na2CO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2
  2NaHCO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+CO2 Na2O2
  ②H2O2 I、IV、V
  (4)2Na2CO3+Cl2+2H2O=NaClO+NaCl+2NaHCO3
  点拨 本题前半部分是元素推断题,后半部分的实验探究部分是建立在前面物质的正确推断上的,这就要求我们对物质的结构和性质很熟悉。复习时,熟记NaHCO3、Na2CO3、NaOH等物质的性质及相互间的转化关系,掌握几种常见漂白剂及其原理。
  
  3. 侯氏制碱法
  我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献。他以NaCl、NH3、CO2等为原料先制得NaHCO3,进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为:
  NH3+CO2+H2O= NH4HCO3
  NH4HCO3+NaCl=NaHCO3↓+NH4Cl
  2NaHCO3[△]Na2CO3+CO2↑+H2O
  (1)碳酸氢铵与饱和食盐水反应,能析出碳酸氢钠晶体的原因是 (填字母标号);
  a.碳酸氢钠难溶于水
  b.碳酸氢钠受热易分解
  c.碳酸氢钠的溶解度相对较小,所以在溶液中首先结晶析出
  (2)某探究活动小组根据上述制碱原理进行碳酸氢钠的制备实验,同学们按各自设计的方案实验。
  ①一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠,实验装置如下图所示(图中夹持、固定用的仪器未画出)。试回答下列有关问题:
  (Ⅰ)乙装置中的试剂是 ;
  (Ⅱ)丁装置中稀硫酸的作用是 ;
  (Ⅲ)实验结束后,分离出NaHCO3 晶体的操作是 (填分离操作的名称)。
  ② 另一位同学用图中戊装置(其它装置未画出)进行实验。
  [6mol·L-1盐酸][冷却水][CaCO3][稀硫酸][含氨的饱和食盐水][甲 乙 丙 丁][戊 己][无水氯化钙][饱和食盐水][冷却水][放大了的多孔球泡][a][b][c]
  (Ⅰ)实验时,须先从a管通入 气体,再从b管中通入 气体;
  (Ⅱ)有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置,理由是 ;
  (3)请你再写出一种实验室制取少量碳酸氢钠的方法: 。
  解析 本试题以“侯氏制碱法”为依托,联系工业实际考查大家分析问题,并进行实验探究的能力。(1)大家对碳酸氢铵与饱和食盐水反应的反应不熟悉,但是,根据教材上所呈现出来的Na2CO3饱和溶液中继续通入CO2气体,生成的NaHCO3 以晶体形式析出,说明NaHCO3溶解度小,在溶液中首先以晶体形式析出。(2)①乙装置的目的在于除去反应生成的CO2气体中的HCl杂质,既要能吸收HCl气体,又要降低CO2气体在水中的溶解度,最好选用饱和NaHCO3溶液。而装置丁中的稀硫酸的作用是吸收反应中未反应完的NH3,分离出反应中的NaHCO3晶体的操作是过滤。②观察a、b管的长度,不难判断应该先从a管通入NH3,再从b管通入CO2。(Ⅱ)中b管的多孔球泡是为了增大气体与溶液的接触面积。
  答案 (1)c (2)①(Ⅰ)饱和碳酸氢钠溶液;(Ⅱ)吸收未反应的NH3(答“防止倒吸”或“吸收CO2”不给分);(Ⅲ)过滤 ②(Ⅰ)NH3,CO2;(Ⅱ)增大气体与溶液接触面积,提高CO2吸收率;
  (3)用碳酸氢铵与适量饱和食盐水反应。(或往烧碱溶液中通入过量CO2 ;往饱和Na2CO3 溶液中通入过量CO2 等。
  点拨 对于工业中的实验探究题,大家要将教材内容和工业实际结合起来,根据性质和装置寻找突破口。侯氏制碱法的原理一定要熟练掌握,其常涉及化学方程式的书写、CO2和NH3通入的顺序及原因、反应时析出碳酸氢钠的原因与物质溶解度的关系等。
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