硅酸钠是硅酸盐的代表物,教材中设计实验探究了硅酸钠与酸的反应和硅酸钠的防火性.在教材实验的基础上,我们适当拓展,整合实验验证硅酸钠的性质.

[实验目的]探究硅酸钠的性质

[实验原理]硅酸钠可以与酸反应

[实验仪器]试管、胶头滴管、分液漏斗、导管、洗气瓶、烧杯、滤纸、激光笔、玻璃片、表面器皿等

[选用药品]饱和硅酸钠溶液、1 mol/L盐酸、石灰石、饱和碳酸氢钠溶液、酚酞溶液、蒸馏水、氯化钙溶液、饱和碳酸钠溶液等

[实验步骤](1)按下图所示安装实验装置.

(2)检验装置气密性:在BCD中装入适量蒸馏水,浸没导管口,关闭分液漏斗的活塞,用酒精灯微热烧瓶,若观察到BCD的导管口都产生气泡,停止微热,D烧杯中的导管形成一段水柱,表明装置的气密性良好.

(3)装入药品进行实验.观察现象并填写下表:

酸性:HClH2CO3H2SiO3

(4)在另一只烧杯E中装入饱和硅酸钠溶液,与D烧杯做对照实验:在暗处,用激光笔照射DE烧杯里的液体,观察现象.

现象及结论:可以观察到D烧杯的液体发生了丁达尔现象,说明生成的硅酸在水中形成的是胶体.

(5)取甲、乙两支试管,分别装入相同体积的饱和硅酸钠溶液,甲中加入几滴盐酸、乙中加入几滴氯化钙溶液,观察现象.然后分别加入足量的氢氧化钠溶液,再观察现象.

现象及结论:甲中出现白色沉淀,后白色沉淀溶解;乙中也出现白色沉淀,但沉淀不溶解.有关的化学方程式为Na2SiO32HCl2NaClH2SiO3(胶体)2NaClH2SiO32NaOHNa2SiO32H2ONa2SiO3CaCl2CaSiO3↓+2NaCl

(6)取两块玻璃片,在一块玻璃片上滴几滴饱和硅酸钠溶液,将另一块玻璃片盖在上面,片刻后,移动玻璃片,观察现象.

现象:两块玻璃片粘在一起,不能移动.

(7)取三张分别被蒸馏水、饱和硅酸钠溶液、饱和碳酸钠溶液充分浸泡过的滤纸(分别记为ABC),取出稍沥干(不再滴液)后同时分别放在酒精灯火焰上点燃,观察现象.

[实验结论]根据上述实验说明硅酸钠可以溶于水,它的水溶液呈碱性且具有粘合性、防火性;硅酸钠与碳酸、盐酸等酸反应会生成硅酸,硅酸是弱酸,难溶于水,在水中可以形成胶体.硅酸钙难溶于水.

[问题与讨论](1)如果拆掉上述实验装置B,能否证明碳酸的酸性比硅酸的强?

(2)硅酸钠溶液为什么俗称“泡花碱”?

(3)设计一个简单的实验探究硅酸钠、碳酸钠溶液的碱性强弱.简述实验步骤、现象、结论.

人工固氮是指将氮元素由游离态转化为化合态的过程。

I.最近一些科学家研究采用高质子导电性的SCY陶瓷(能传递H+)实验氮的固定一电解法合成氨,大大提高了氮气和氢气的转化率。总反应式为:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),则在电解法合成氨的过程中,应将H2不断地通入_________极(填“阴”或“阳”) ;向另一电极通入N2,该电极的反应式为__________________________。

II.据报道,在一定条件下,N2在掺有少量氧化铁的二氧化钛催化剂表面能与水发生反应,主要产物为NH3,相应的反应方程式为:2N2(g)+6H2O(g)4NH3(g)+3O2(g)   △H=Q。

(1)上述反应的平衡常数表达式为_______________。

(2)取五份等体积N2和H2O的混合气体(物质的量之比均为1:3),分别加入体积相同的恒容密闭容器中,在温度不相同的情况下发生反应,反应相同时间后,测得氮气的体积分数与反应温度T的关系曲线如图所示,则上述反应的Q________0(填“>”、“<”或“=”)。

(3)若上述反应在有催化剂的情况下发生,则下图所示的a、b、c、d四条曲线中,能表示反应体系能量变化的是_______(选填字母代号),图中△H的绝对值为1530kJ·mol-1

III.目前工业合成氨的原理是:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)    △H=-93.0kJ/mol。

回答下列问题:

(1)结合II中的数据,则O2(g)+2H2(g)=2H2O(g)的△H=______________。

(2)在一定温度下,将1molN2和3mol H2混合置于体积不变的密闭容器中发生反应,达到平衡状态时,测得气体总物质的量为2.8mol。

①达平衡时,H2的转化率α1=______________。

②在相同条件下,若起始时只将NH3置于该容器中,达到平衡状态时NH3的转化率为α2,当α1+α2=1时,则起始时NH3的物质的量n(NH3)=_____________mol。

 

氢气是工业上重要的原料。
(1)氧气用于工业合成氨N2(g) +3H2(g)2NH3(g);△H=-92.2 kJ/mol。
①一定温度下,在容积恒定的密闭容器中,一定量的N2和H2反应达到平衡后,改变某一外界条件,反应速率与时间的关系如下图所示,其中t4、t5、t7时刻所对应的实验条件改变分别是:
t4________,t5_______,t7_________
②温度为T℃时,将2amolH2和amolN2放入0.5 L密闭容器中,充分反应后测得N2的转化率为50%.此时放 出热量46. 1kJ。则该温度下反应的平衡常数为____________。
(2)工业上大量的氢气来源于焦炭与水蒸气高温下的反应:
C(s) +H2O(g)H2(g) +CO(g);△H=+131.3 kJ/mol
①该反应在低温下不能自发进行的原因是____________
②恒温,在容积可变的密闭容器中,进行如上可逆反应。一段时间后,下列物理量不发生变化时,能表明该反应已达平衡状态的有_________。
I.混合气体的密度;Ⅱ.容器内气体的压强;Ⅲ.混合气体的总物质的量;ⅣCO物质的量浓度。
A.只有Ⅳ
B.只有I和Ⅳ
C.只有Ⅱ和Ⅲ
D.I、Ⅲ和Ⅳ
E.都可以
(3)在容积相同的两密闭容器A和B中,保持温度为423 K, 同时向A、B中分别加入amol及b mol碘化氢(a>b),待反应2HI(g)H2(g)+I2(g)达到平衡后,平衡时I2的浓度c(I2)A____c(I2)B;平衡时HI的分解率
aA_________aB;平衡时H2在混合气体中的体积分数A ____B。(填写“>”“<”或“=”)

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