Question

在隔绝空气的条件下，某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜并用针刺一些小孔的铝箔包好，然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内．待钠块反应完全后，在容器中仅收集到1.12L氢气（标准状况），此时测得铝箔质量比反应前减少了0.27g，水槽和容器内溶液的总体积为2.0L，溶液中NaOH的浓度为0.050mol?L^-1．
（1）写出该实验中发生的所有反应的化学方程式．
（2）试通过计算确定该钠块中钠元素的质量分数．
（3）若提供足量的CO₂和氢氧化钠溶液，欲将上述反应后的溶液制成纯净的Na₂CO₃溶液，请设计实验步骤（已知二氧化碳可与偏铝酸钠溶液反应生成氢氧化铝沉淀）．

Answer 1

分析：（1）部分被氧化的钠用除去氧化膜并用针刺一些小孔的铝箔包好放入水中，氧化钠与水反应生成氢氧化钠，钠与水反应生成氢氧化钠与氢气，铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气；
（2）反应的有关方程式为：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，根据铝的质量可计算出铝与NaOH反应生成的氢气的物质的量，根据氢气的体积可计算出与水反应的Na的物质的量，从电子守恒和Na元素质量守恒的角度列式解答；
（3）向溶液中通入过量的二氧化碳，将偏铝酸根转化为氢氧化铝沉淀，过滤，向滤液中加入适量的氢氧化钠溶液，将碳酸氢钠转化为碳酸钠．

解答：解：（1）部分被氧化的钠用除去氧化膜并用针刺一些小孔的铝箔包好放入水中，氧化钠与水反应生成氢氧化钠，钠与水反应生成氢氧化钠与氢气，铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠与氢气，反应方程式为：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
答：发生的方程式为：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）解：由反应：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
则：n（余NaOH）=2.0 L×0.05 mol?L^-1=0.1 mol，
n（H₂）=

1.12L

22.4L/mol

=0.05 mol，
n（Al）=n（NaAlO₂）=

0.27g

27g/mol

=0.01 mol，
由电子守恒知：n（Na）+3n（Al）=2n（H₂）
即：n（Na）+3×0.01 mol=2×0.05 mol，解得：n（Na）=0.07 mol，
由钠守恒知：n（NaAlO₂）+n（NaOH）=n（Na）+2n（Na₂O）
即：0.01 mol+0.1 mol=0.07 mol+2n（Na₂O），
得：n（Na₂O）=0.02 mol，
w（Na）=

(0.07mol+2×0.02ml)×23g/mol

0.07mol×23g/mol+0.02mol×62g/mol

×100%≈88.8%，
答：该钠块中钠元素的质量分数为88.8%；
（3）向溶液中通入过量的二氧化碳，直至不再生成白色沉淀为止，过滤除去氢氧化铝沉淀，向滤液中加入适量的氢氧化钠溶液，将碳酸氢钠转化为碳酸钠，
答：向溶液中通入过量的二氧化碳，直至不再生成白色沉淀为止，过滤除去氢氧化铝沉淀，向滤液中加入适量的氢氧化钠溶液，将碳酸氢钠转化为碳酸钠．

点评：本题考查混合物的计算、实验方案的设计等，难度中等，解题时注意从守恒的角度计算．