Question

20．化学小组同学在课外读物中看到：“通常CO₂可作灭火剂，但有些物质（如Na）着火，不能用CO₂熄灭．”他们决定探究CO₂与Na反应的产物．
【提出猜想】CO₂与Na反应可能生成4种物质：C、CO、Na₂O、Na₂CO₃．
【查阅资料】
①Na是非常活泼的金属，常温下与O₂、H₂O等物质反应．
②Na₂O+H₂O═2NaOH．
③向氯化钯（PdCl₂）溶液中通入CO，产生黑色沉淀．
【实验过程】
（1）设计实验：同学们在老师的指导下设计了如图所示装置（部分夹持仪器已略去）

①盛放固体Na的仪器名称是硬质玻璃管；
②为了得到纯净干燥的CO₂气体，B、C中盛放的液体分别是NaHCO₃溶液、浓硫酸，其中装置B的作用是净化吸收混有的氯化氢气体；
③装置尾端的气球作用是收集尾气，防止空气污染．
（2）实验记录

序号	实验操作	主要实验现象	实验结论和解释
①	打开a，关闭b，由长颈漏斗注入稀盐酸	A中产生大量气泡 E中出现浑浊	E中反应的化学方程式为CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
②	当E中出现浑浊时，打开b，关闭a，点燃酒精灯	D中Na剧烈燃烧，产生白烟内壁附着黑色、白色固体； G中产生黑色沉淀	反应产物一定有C和CO
③	取D中白色固体于试管中，加水溶解，再加入石灰水	产生白色沉淀	反应产物还有Na2CO3；反应的方程式为Na2CO3+Ca（OH）2=CaCO3↓+2NaOH．

（3）实验反思
①实验记录②中，E中出现浑浊，再点燃酒精灯的目的是排出装置中的空气，防止空气的干扰．
②若无装置C，对实验有影响的物质是水．
③上述三个实验已经确认了三种物质的存在，验证另一物质是否存在的实验方案：
取D中白色固体于试管中，加水溶解，先加入过量的X试剂，过滤后，向滤液中再加入酚酞试液．
Ⅰ．X试剂可以选择下面何种物质D．
A．石灰水 B．Ca（OH）₂溶液       C．稀盐酸 D．BaCl₂溶液
Ⅱ．向滤液中再加入酚酞试液时，若出现溶液变红色现象时，说明第四种物质存在．

Answer 1

分析 在质量守恒定律的基础上，对钠在二氧化碳中燃烧反应的生成物进行推测，并结合物质的性质设计实验验证物质的存在．题目涉及实验目的理解、根据要求进行物质检验的实验设计．
题图所示实验操作过程：石灰石和盐酸制得的二氧化碳气体经过B、C装置净化、干燥后，依次通过D、F、G装置，其中装置E可自由控制二氧化碳的通入与否．
装置的作用：装置B净化吸收混有的氯化氢气体；装置C干燥二氧化碳；装置D中发生钠在二氧化碳气体中的燃烧，可通过点燃灯加热来控制；装置E装有澄清石灰水检验二氧化碳，使用开关a控制；装置F盛有氢氧化钠溶液吸收混合气体中的二氧化碳，使用开关b控制；装置G盛有氯化钯溶液，检验气体CO的存在；最后用气球进行尾气收集处理．

解答 解：（1）①盛放固体Na的仪器是硬质玻璃管；
②因为盐酸具有挥发性，因此装置B是净化吸收混有的氯化氢气体；
③装置尾端的气球收集尾气，防止空气污染；
（2）①打开a关闭b，控制二氧化碳气体进入装置E，二氧化碳通入澄清石灰水，生成不溶于水的碳酸钙，石灰水变浑浊，反应的化学方程式为：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；
②点燃酒精灯使装置D中的燃烧反应开始发生，打开b关闭a，使燃烧后气体依次通过装置F和G．钠与二氧化碳反应的反应物中仅含钠、碳、氧三种元素，由这三种元素组成的物质中呈黑色的只可能是单质碳，即装置D中生成的黑色固体为单质碳．装置G中氯化钯溶液出现黑色沉淀，结合资料④可知混合气体中含有CO；
③钠与二氧化碳反应生成的白色固体物质可能为氧化钠、碳酸钠等，加水溶解并加入石灰水，出现白色沉淀，说明白色固体物质中含有碳酸根，即含有碳酸钠，方程式为Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH；
（3）①E中出现浑浊，二氧化碳气体通入了装置E，说明了装置内已充满二氧化碳，即装置内的空气全部排出．
故答案为：排出装置中的空气，防止空气的干扰；
②装置C干燥二氧化碳，若无装置C，水会与Na以及氧化钠反应．
氧化钠与水反应会生成氢氧化钠，验证氢氧化钠的存在，加入氯化钡溶液可以除去碳酸钠，然后过滤，再向滤液里滴加无色酚酞试液，观察滤液到变红色，说明该样品的溶液呈碱性，原固体中含有氧化钠，
故答案为：（1）①硬质玻璃管；②净化吸收混有的氯化氢气体；③收集尾气，防止空气污染；
（2）①CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；②C和CO；③Na₂CO₃；Na₂CO₃+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+2NaOH
（3）①排出装置中的空气，防止空气的干扰；②水
D；溶液变红色．

点评 实验现象是物质之间相互作用的外在表现，因此要学会设计实验、观察实验、分析实验，为揭示物质之间相互作用的实质奠定基础．