Question

4．某兴趣小组的学生根据活泼金属Mg与CO₂发生反应，推测活泼金属钠也能与CO₂发生反应，因此兴趣小组用下列装置进行“钠与二氧化碳反应”的实验探究（尾气处理装置已略去）．已知：常温下，CO能使一些化合物中的金属离子还原，例如：PdCl₂+CO+H₂O═Pd↓+CO₂+2HCl．反应生成黑色的金属钯，此反应也可用来检测微量CO的存在．

请回答下列问题：
（1）通常实验室制取CO₂气体的离子方程式是CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑，为了使制气装置能“随开随用，随关随停”，上图A处应选用的装置是Ⅲ（填写“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”）．若要制取干燥、纯净的CO₂，装置B、C中各盛放的试剂分别为饱和NaHCO₃、浓H₂SO₄．
（2）装入药品后，在点燃酒精喷灯前，必须进行的操作是打开装置III中导气管活塞待装置E（填写字母）中出现澄清的石灰水变浑浊现象时，再点燃酒精喷灯，这步操作的目的是排出该装置中的空气．
（3）假设CO₂气体为足量，在实验过程中分别产生以下①、②两种不同情况，请分析并回答问题：
①若装置F中溶液无明显变化，装置D中生成两种固体物质，取少量固体生成物与盐酸反应后，有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，则钠与二氧化碳反应的化学方程式是4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C．
②若装置F中有黑色沉淀生成，装置D中只生成一种固体物质，取少量该固体与盐酸反应后，也有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，则钠与二氧化碳反应的化学方程式（需注明正确的反应条件）是2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO．

Answer 1

分析 装置A：为二氧化碳发生装置，CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；装置B：用饱和的碳酸氢钠溶液，除去二氧化碳中的HCl，装置C：为干燥装置，用浓H₂SO₄吸收二氧化碳中的水蒸气，装置D：钠与二氧化碳反应，可能发生4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C或2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO；钠为活泼金属，反应需要排尽装置内的空气，装置E：当E装置中产生白色沉淀，说明空气中的二氧化碳排尽，再加热D处的酒精灯发生反应；装置F：若装置F中溶液无明显变化，取少量固体生成物与足量的盐酸反应后，有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，且固体有剩余，发生：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C；若装置F中有黑色沉淀生成，取少量该固体与足量的盐酸反应后，也有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，且固体无剩余，发生2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO，
（1）实验室常用碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳，制取气体的装置能“随开随用，随关随停”，是利用的启普发生器原理分析选择装置，制得的二氧化碳中含有氯化氢和水蒸气，利用装置B除氯化氢，利用装置C除水蒸气；
（2）装入药品后，在点燃酒精喷灯前，需要先把装置中空气排出，再点燃酒精喷灯；
（3）①装置F中无明显现象，证明没有CO生成，装置D中残留固体（有两种物质）加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出，其中一种固体为碳酸钠，另一种固体为C；
②装置D中的残留固体（只有一种物质）加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出，说明生成碳酸钠，装置F中有黑色沉淀，说明PdCl₂溶液能被CO还原得到黑色的Pd，所以反应产物为碳酸钠和CO．

解答 解：（1）实验室常用碳酸钙与稀盐酸反应制取二氧化碳，反应方程式为：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；制取气体的装置能“随开随用，随关随停”，是利用的启普发生器原理分析选择装置；制得的二氧化碳中含有氯化氢和水蒸气，利用装置B饱和NaHCO₃除氯化氢，利用装置C浓H₂SO₄除水蒸气；
故答案为：CaCO₃+2H⁺=Ca²⁺+H₂O+CO₂↑；Ⅲ；饱和NaHCO₃；浓H₂SO₄；
（2）装入药品后，在点燃酒精喷灯前，需要先把装置中空气排出，打开Ⅲ的导气管活塞，先通一会CO₂气，待装置E中出现澄清的石灰水变浑浊现象时，再点燃酒精喷灯；
故答案为：高温； E；澄清的石灰水变浑浊；排出该装置中的空气；
（3）①装置F中无明显现象，证明没有CO生成，装置D中残留固体（有两种物质）加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出，
其中一种固体为碳酸钠，另一种固体为C，反应的方程式为4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C；
故答案为：4Na+3CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Na₂CO₃+C；
②由题意可知，装置D中的残留固体（只有一种物质）加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出，说明生成碳酸钠，
装置F中有黑色沉淀，说明PdCl₂溶液能被CO还原得到黑色的Pd，所以反应产物为碳酸钠和CO，反应的化学方程式为2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO；
故答案为：2Na+2CO₂$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO．

点评 本题考查了实验装置的选择，物质性质的实验设计验证分析应用，主要是钠及其化合物性质的判断理解，掌握基础是关键，题目难度中等．