Question

18．某实验小组对中学课本中可生成氢气的反应进行了研究，总结出三个可以生成H₂的反应：①Zn+盐酸；②Na+水；③Al+NaOH溶液．为点燃上述三个反应生成的H₂，他们设计了如图1所示的装置图：
请回答下列问题：
（1）写出Al和NaOH溶液反应的离子方程式2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑．
（2）在点燃H₂之前必须先进行验纯．
（3）实验小组在点燃用上述装置制得的H₂时，①③实验获得成功，②却失败了．他们分析认为失败的原因是Na与H₂O的反应速率太快，Na的用量又太少．于是他们准备增加钠的用量，可教师说太危险，你认为产生危险的原因是较多的钠与水反应放出大量的热，使试管内H₂与O₂的混合气点燃而爆炸．
（4）实验小组查阅钠、苯（一种不溶于水的液态有机物）、水的密度分别为0.97g•mL^-1、0.88g•mL^-1、1.00g•mL^-1，并据此对实验进行了改进．在改进后的实验中H₂的生成速率减慢．（填“减慢”或“加快”）
（5）2.3g钠投入20mL水中完全反应放出的气体在标准状况下的体积是1.12L，所得溶液的物质的量浓度是5mol•L^-1．（不计溶液体积的变化）

Answer 1

分析 （1）Al和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气；
（2）可燃性气体与空气混合可能发生爆炸；
（3）大块的钠与水反应剧烈，放出大量的热，氢气和氧气混合点燃会发生爆炸；
（4）钠的密度比煤油大，比水小；
（5）钠与水发生反应2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，根据n=$\frac{m}{M}$计算金属Na的物质的量，由方程式计算n（NaOH），生成氢气的体积，再根据c=$\frac{n}{V}$计算形成的氢氧化钠溶液的浓度．

解答 解：（1）Al和NaOH溶液反应生成偏铝酸钠和氢气，反应的化学方程式为：2Al+2H₂O+2NaOH═2NaAlO₂+3H₂↑，反应的离子方程式为：2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑，
故答案为：2Al+2H₂O+2OH^-═2AlO₂^-+3H₂↑；
（2）可燃性气体与空气混合可能发生爆炸，点燃前需要先验纯，故答案为：验纯；
（3）大块的钠与水反应剧烈，放出大量的热，可能使试管内H₂和O₂的混合气点燃而爆炸，
故答案为：大块的钠与水反应剧烈，放出大量的热，可能使试管内H₂和O₂的混合气点燃而爆炸；
（4）钠处于苯和水的交界处，钠与水反应产生的H₂使钠浮起，脱离水面，反应停止；
当钠表面的H₂逸出，钠又回落水层，如此反复，减小了Na与H₂O的反应速率，
故答案为：减慢；
（5）2.3g金属钠的物质的量为$\frac{2.3g}{23g/mol}$=0.1mol，
令生成的氢氧化钠的物质的量为y，生成氢气物质的量为z，则：
2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑
 2         2    1
0.1mol     y    z
所以2：2=0.1mol：y，解得y=0.1mol
2：1=0.1：z，z=0.05mol
生成氢气标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L，
故所得氢氧化钠溶液的物质的量浓度为$\frac{0.1mol}{0.02L}$=5mol/L，
故答案为：1.12L；5mol/L．

点评 本题考查常见气体制备原理及装置选择，及物质的量浓度计算，题目难度不大，注意钠与水反应时，取用的钠块不能太大．注意（3）要考虑题给密度的关系，确定钠在反应体系中的位置关系．