Question

19．某学生为了探究钠与CO₂的反应，利用如图装置进行实验．（已知PdCl₂能被CO还原得到黑色的Pd）

（1）请将如图各装置连接完整（填写装置中字母）：c接f，g接d，e接a（或b），b（或a）接h．
（2）若用稀盐酸与CaCO₃反应制备CO₂，在加稀盐酸时，发现CaCO₃与稀盐酸不能接触，而稀盐酸又不够了，为使反应能顺利进行，可向长颈漏斗中加入的试剂是B D．
A．H₂SO₄溶液        B．CCl₄C．苯        D．稀硝酸
（3）检查装置气密性并装好药品后，点燃酒精灯之前应进行的操作是打开弹簧夹，让CO₂充满整个装置，当观察到装置⑤中澄清石灰水开始变浑浊时再点燃酒精灯．
（4）若反应过程中CO₂足量，探究钠与CO₂充分反应后，生成的固体物质的可能的情况，某同学提出以下猜想：
①生成的固体物质为Na₂CO₃
②生成的固体物质为Na₂CO₃和C的混合物
③生成的固体物质为Na₂CO₃和Na₂O的混合物
④生成的固体物质为Na₂O和C的混合物
你认为正确的是①②（填序号）．
假如反应过程中有下列两种情况，分别写出两种情况下钠与CO₂反应的化学方程式．
Ⅰ．装置⑤PdCl₂溶液中观察到有黑色沉淀，装置①中固体成分只有一种，且向固体中加入稀盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的气体：2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO；
Ⅱ．装置①中钠的质量为0.46g，充分反应后，将装置①中的固体加入到足量稀盐酸中产生224mL（标准状况）CO₂气体，且溶液中还有固体残留：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C．

Answer 1

分析 （1）根据实验目的：探究钠与CO₂的反应，设计实验方案，完成正确的仪器连接顺序，②为制取二氧化碳装置，实验室中常用碳酸钙与盐酸反应，二氧化碳中混有氯化氢，需要用装置④除去，然后用装置③干燥，然后在①中进行钠与二氧化碳的反应，然后用⑤检验反应产物，据此进行连接装置；
（2）所选试剂的作用是增大溶液体积，可以用稀硝酸溶液，由于硫酸和碳酸钙反应生成硫酸钙微溶覆盖在碳酸钙表面阻止反应进一步发生不选，四氯化碳的密度大于盐酸，也可以加入四氯化碳溶液，但是苯的密度小于盐酸，加入苯不能使稀盐酸与碳酸钙接触；
（3）二氧化碳与澄清石灰水反应生成碳酸钙沉淀，当装置⑤中澄清石灰水变浑浊说明装置中空气已经排净；原因是空气中的二氧化碳、水与钠反应，需要排净空气，避免干扰实验；
（4）根据氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠分析；
Ⅰ．根据题干信息及反应现象判断反应物、生成物，然后写出反应的化学方程式；
Ⅱ．根据n=$\frac{m}{M}$计算出钠的物质的量，再根据n=$\frac{V}{22.4L/mol}$计算出标况下224mL二氧化碳的物质的量，从而得出反应后生成碳酸钠的物质的量；溶液中还有固体残留，该固体只能为C，说明钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和C，据此写出反应的化学方程式．

解答 解：（1）探究钠与CO₂的反应，首先用盐酸和碳酸钙在②中反应制取二氧化碳气体，制取的二氧化碳中混有挥发出来的HCl，需要用装置④中的饱和碳酸氢钠溶液除去HCl，然后用③浓硫酸干燥，再在①中进行钠与二氧化碳的反应，最后用装置⑤检验反应产物，所以装置的连接顺序为：g、d、e、a（b）、b（a）、h，
故答案为：g 接 d，e 接 a（或b），b（或a） 接 h；
（2）A．H₂SO₄溶液：加入H₂SO₄溶液后，增大了盐酸的体积，但硫酸和碳酸钙反应生成硫酸钙微溶覆盖在碳酸钙表面阻止反应进一步发生，故A错误；
B．CCl₄：四氯化碳的密度大于稀盐酸，加入四氯化碳后会，四氯化碳层在混合液下层，从而使盐酸与碳酸钙接触，故B正确；
C．苯：苯的密度小于盐酸，加入苯后，苯在混合液上层，无法使稀盐酸与碳酸钙接触，故C错误；
D．稀硝酸：加入稀硝酸后，可以增大溶液体积，使溶液与碳酸钙接触，故D正确；
故答案为：BD；
（3）钠化学性质比较活泼，能够与空气中的氧气、水反应，所以点燃酒精灯之前应需要打开弹簧夹，让CO₂充满整个装置，以便排尽装置中的空气，避免空气中O₂、H₂O干扰实验；当装置装置⑤中澄清石灰水变浑浊时，证明装置中空气已经排净，
故答案为：装置⑤中澄清石灰水开始变浑浊；
（4）因为氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠，所以反应过程中CO₂足量，探究钠与CO₂充分反应不可能生成氧化钠固体，故①②可能，③④不可能；
故答案为：①②；
Ⅰ．装置⑤PdCl₂溶液中观察到有黑色沉淀，PdCl₂能被CO还原得到黑色的Pd，则黑色沉淀为Pd，钠与二氧化碳反应生成了CO；装置①中固体成分只有一种，且向固体中加入稀盐酸产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，该气体为二氧化碳，则钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和CO，2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO，
故答案为：2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO；
Ⅱ．装置①中钠的质量为0.46g，钠的物质的量为：n（Na）=$\frac{0.46g}{23g/mol}$=0.02mol，
将装置①中的固体加入到足量稀盐酸中产生224mL（标准状况）CO₂气体，二氧化碳的物质的量为：n（CO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，则反应后生成碳酸钠的物质的量为0.01mol，说明钠完全转化成了碳酸钠；
溶液中还有固体残留，根据化合价变化可知，残留的固体只能为C，则钠与二氧化碳反应生成了碳酸钠和C，反应的化学方程式为：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C，
故答案为：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C．

点评 本题通过探究钠与CO₂的反应，考查了性质实验方案的设计原则，题目难度中等，正确理解题干信息为解答关键，注意掌握性质实验方案的设计原则，（4）为易错点，需要根据题中信息及反应现象判断反应物、生成物，试题充分考查了学生的分析、理解能力及综合应用所学知识的能力．