Question

17．化学小组的同学们在进行二氧化碳的兴趣实验时发现，金属钠可以再二氧化碳气体中燃烧，反应后集气瓶内有黑色固体和白色固体生成．该固体是什么呢？于是，同学们对金属钠在二氧化碳中燃烧得到的固体成分进行了探究．
I．定性探究
【查阅资料】
①Na是非常活泼的金属，常温下可以与O₂、H₂O等物质反应．
②二氧化碳不溶于饱和碳酸氢钠溶液．
③Na₂O是白色固体，与H₂O反应生成NaOH．
【猜想】
（1）根据质量守恒定律判断，黑色固体可能是碳（填物质名称）．
（2）白色固体可能是氧化钠（Na₂O）、碳酸钠．
【实验步骤】
（1）如图，连接装置，检查装置的气密性．

（2）装入药瓶．关闭止水夹b，打开止水夹a，向锥形瓶中加入稀盐酸．A中发生反应的化学方程式为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（3）待E中澄清石灰水变浑浊后，关闭a，打开b，点燃酒精灯，钠在硬质玻璃管中剧烈燃烧．E中发生反应的化学方程式为Ca （OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；E中澄清石灰水变浑浊后，才能点燃酒精灯的原因是排出装置内的空气，防止钠和氧气、水蒸气反应．
（4）待反应完全后，熄灭酒精灯，等装置冷却后，停止通二氧化碳气体．
（5）取出少量D中生成的白色固体于试管中，加入足量稀盐酸，有气泡产生，然后将产生的气体通入澄清石灰水，有白色浑浊出现，证明白色固体中含有碳酸钠．
（6）另取少量D中生成的白色固体于试管中，加水溶解，加入足量，有白色沉淀产生；在反应后的混合物中，滴加几滴，溶液变红，证明白色固体中含有氧化钠．
II．定量探究
为了探究白色固体中碳酸钠的含量，实验小组的同学设计了如图所示实验．

实验过程中数据记录如下表：

项目	固体样品	加入的水	加入的稀硫酸	黑色固体	溶液C
质量	1.8g	100g	100g	0.12g	201.24g

（1）实验操作①得到的黑色固体A必须洗涤2～3次，并将得到的洗涤液汇总到溶液B中，否则会使测得的碳酸钠含量偏小（填“偏大”、“偏小”）．
（2）根据表中记录的数据，计算1.8g固体样品中碳酸钠的质量分数．写出计算过程，计算结果保留1位小数．（有关化学方程式：Na₂CO₃+H₂SO₄═Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑）

Answer 1

分析 I．化学反应前后，元素种类不变，原子种类、总个数不变；
碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳；
二氧化碳能和石灰水中的氢氧化钙反应生成白色沉淀碳酸钙和水；
装置中的空气中的水蒸气和氧气能和钠发生化学反应；
碳酸钠能和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；
碳酸钠和氯化钙反应生成碳酸钙沉淀和氯化钠；
氢氧化钠溶液显碱性，能使酚酞试液变红色；
II．实验操作①得到的黑色固体碳必须洗涤2～3次，并将得到的洗涤液汇总到溶液B中，否则会使溶液中的碳酸钠、氢氧化钠质量偏小；
碳酸钠和稀硫酸反应生成硫酸钠、水和二氧化碳，反应前后的质量差即为反应生成二氧化碳的质量，根据二氧化碳质量可以计算碳酸钠质量，进一步可以计算1.8g固体样品中碳酸钠的质量分数．

解答 解：I．【猜想】
（1）根据质量守恒定律判断，黑色固体可能是碳，因为碳是黑色固体．
故填：碳．
【实验步骤】
（2）装入药品，关闭止水夹b，打开止水夹a，向锥形瓶中加入稀盐酸时，碳酸钙和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳，A中发生反应的化学方程式为：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
故填：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑．
（3）E中二氧化碳能和氢氧化钙反应生成碳酸钙和水，发生反应的化学方程式为：Ca （OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；
E中澄清石灰水变浑浊后，才能点燃酒精灯的原因是：排出装置内的空气，防止钠和氧气、水蒸气反应．
故填：Ca （OH）₂+CO₂=CaCO₃↓+H₂O；排出装置内的空气，防止钠和氧气、水蒸气反应．
（5）取出少量D中生成的白色固体于试管中，加入足量稀盐酸，有气泡产生，然后将产生的气体通入澄清石灰水，有白色浑浊出现，说明反应生成了二氧化碳气体，进一步证明白色固体中含有碳酸钠．
故填：碳酸钠．
（6）另取少量D中生成的白色固体于试管中，加水溶解，加入足量氯化钙溶液，有白色沉淀产生；
在反应后的混合物中，滴加几滴酚酞试液，溶液变红，证明白色固体中含有氧化钠．
故答案为：氯化钙溶液；酚酞试液．
II．定量探究
（1）实验操作①得到的黑色固体A必须洗涤2～3次，并将得到的洗涤液汇总到溶液B中，否则附着在碳上的碳酸钠无法进入B溶液中，会使测得的碳酸钠含量偏小．
故填：偏小．
（2）解：设固体样品中碳酸钠的质量为x，
反应生成二氧化碳质量为：1.8g+100g+100g-0.12g-201.24g=0.44g，
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，
106                                           44
x                                              0.44g
$\frac{106}{x}$=$\frac{44}{0.44g}$，
x=1.06g，
1.8g固体样品中碳酸钠的质量分数为：$\frac{1.06g}{1.8g}$×100%=58.9%，
答：固体样品中碳酸钠的质量分数为58.9%．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．