含同种元素的不同单质互称为同素异形体。碳元素有多种同素异形体,其中金刚石和石墨是常见的两种。众所周知,天然金刚石是罕见的,而石墨则在自然界中含量较多。人们在生产和科学研究中发现了一个普遍规律,即物质的能量越低越稳定。化学变化从能量变化的角度来认识,一般由高能量的物质向低能量的物质转化相对容易,而如要使化学变化反向进行,则必须控制一定的条件。由实验可知,如果要将石墨转化为金刚石,则至少要在1700K和6×1.01×108千帕压强的条件下进行,而且还要一种催化剂。

(1)根据题中所述判断:金刚石的能量___(填高于、低于或等于)石墨的能量;金刚石的密度___(大于、小于或等于)石墨的密度;发生过火山爆发的地方,在火山口喷口附近的熔岩渣中有可能找到___(填金刚石或石墨)。

(2)中国科学技术大学的钱逸泰教授等以金属钠为原料,在700℃时从四氯化碳()中置换出了纳米级金刚石粉末。该成果发表在世界权威的《科学》杂志上,立刻被科学家们高度评价为“稻草变黄金”。请写出该反应方程式____。

(3)如上三幅碳的同素异形体结构图,每幅图中均含有碳原子形成的最小碳环。试指出以上三幅图中最小的碳环是几碳环?_______。金刚石的结构图中,由2~5号碳原子在空间构成一个正四面体,1号碳原子位于该正四面体的体心。仔细观察可知,金刚石是由很多这样的正四面体单元共____连接形成的一种空间网状结构晶体。分子是由60个碳原子形成的形如球状的空间多面体分子。已知多面体的顶点数、面数和棱边数遵循欧拉定理:顶点数+面数-棱边数=2。通过计算,请指出分子中两种碳环的个数(即面数)各是多少?____。

实验室有一瓶在空气中露置的氢氧化钠固体样品,某兴趣小组的同学对该样品的成分及含量进行了探究。

(提出问题1)该样品中含有哪些物质?

(提出猜想)通过分析,提出如下猜想:

猜想Ⅰ:该样品中只含Na2CO3;

猜想Ⅱ:该样品中含有NaOH和Na2CO3;

猜想Ⅲ:__________________。

则NaOH变质原因的化学方程式为__________________。

(查阅资料)

①碱性的Na2CO3溶液可以与中性的CaCl2溶液发生复分解反应;

②CO2在饱和的碳酸氢钠溶液中几乎不溶解。

(实验探究1)

为确定该样品的成分,小明设计了如下实验方案,请你一起完成下列实验报告。

实验操作

实验现象

实验结论

(1)取少量样品溶于水,加入足量

CaCl2溶液

______________

证明猜想Ⅲ不成立;该反应的化学方程式为__________

(2)将上述反应后的混合液过滤,取滤液加入____________;

溶液变红

证明猜想Ⅱ成立

(实验反思)

要除去NaOH中的Na2CO3应选择的化学试剂是_____________。

(提出问题2)如何测量该部分变质样品中碳酸钠的质量分数?

(实验探究2)

小红同学设计如图所示的装置(铁架台略去),实验在27℃,101kPa 下进行,步骤如下:


 

①按图连接好装置;

②用托盘天平准确称取该样品2g,放入A中试管内,向B中集气瓶中倒入饱和的碳酸氢钠溶液至瓶颈处;

③向分液漏斗中加入稀硫酸,打开活塞,让稀硫酸滴入试管中至过量,关闭活塞。反应结束后,量筒中收集到饱和的碳酸氢钠溶液244mL。

请回答下列问题:

(1)在实验步骤①和②之间,还缺少一实验步骤,该实验步骤是_______________;

(2)B中集气瓶盛装的饱和的碳酸氢钠溶液不能用水代替,其理由是_______________;

(3)试管中原有的空气对实验结果是否有明显影响?______________(填“有”或“没有”)。

(4)变质氢氧化钠样品中碳酸钠的质量分数为________________。(在27℃,101kPa时二氧化碳的密度为1.8g/L)(计算结果精确至1%)

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