Question

2．X、Y、Z、W、M五种化合物均由短周期元素组成，其中Z含有四种元素，X、Y、Z、M的焰色反应均为黄色，M为淡黄色粉末，可用于呼吸面具和潜水艇中氧气的来源，W为无色无味气体．这四种化合物具有下列转化关系（如图1）（反应条件和反应中产生的水均已略去）．请回答：

Ⅰ（1）写出W与M发生反应的化学方程式：2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂．
（2）Z与Y在溶液中反应的离子方程式是HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O．
Ⅱ．某无色透明溶液中可能含有Fe³⁺、Mg²⁺、Cu²⁺、Al³⁺、NH₄⁺，加入Na₂O₂并加热，产生沉淀或气体的物质的量与Na₂O₂的物质的量关系如图2所示．请回答：溶液中肯定没有Fe³⁺、Cu²⁺离子；沉淀部分减少时的离子方程式为Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O．
Ⅲ．某同学配制0.1mol•L^-1的Na₂CO₃溶液，则在该溶液中，下列关系不正确的e
a．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L
b．c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺）
c．c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-）
d．c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃）
e．c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=2c（Na⁺）

Answer 1

分析 Ⅰ．X、Y、Z、M的焰色反应均为黄色，则X、Y、Z、M含有钠元素，M为淡黄色粉末，则M为Na₂O₂，可用于呼吸面具和潜水艇中氧气的来源，W为无色无味气体，W与过氧化钠反应生成氧气，则W为CO₂，所以X为Na₂CO₃，Z含有四种元素，Y中含有钠元素，Y与Z反应生成碳酸钠，则Y为NaOH，Z为NaHCO₃，据此答题；
Ⅱ．根据无色透明溶液可判断Fe³⁺、Cu²⁺是否存在，根据图象可知，加入过氧化钠与水反应，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，加入氢氧化钠溶液，有沉淀产生及生成气体的物质的量与过氧化钠的物质的量关系，可判断NH₄⁺、Mg²⁺、Al³⁺是否存在，据此答题；
Ⅲ．Na₂CO₃在溶液中存在下列关系：Na₂CO₃ =2Na⁺+CO₃^2-； CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；H₂O?H⁺+OH^-，据此答题．

解答 解：Ⅰ．X、Y、Z、M的焰色反应均为黄色，则X、Y、Z、M含有钠元素，M为淡黄色粉末，则M为Na₂O₂，可用于呼吸面具和潜水艇中氧气的来源，W为无色无味气体，W与过氧化钠反应生成氧气，则W为CO₂，所以X为Na₂CO₃，Z含有四种元素，Y中含有钠元素，Y与Z反应生成碳酸钠，则Y为NaOH，Z为NaHCO₃，
1）W与M发生反应的化学方程式为2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂，
故答案为：2CO₂+2Na₂O₂═2Na₂CO₃+O₂；
（2）Z与Y在溶液中反应的离子方程式是HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O，
故答案为：HCO₃^-+OH^-═CO₃^2-+H₂O；
Ⅱ、由于溶液透明无色，那么一定不存在Fe³⁺、Cu²⁺，因为两者分别为黄绿色和蓝色，加入过氧化钠与水反应，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，在0.3-0.35mol这一段内，共溶解氢氧化铝沉淀0.1mol，则根据Al³⁺～Al（OH）₃～[Al（OH）₄]^-，所以铝离子的物质的量是0.1mol，在0～0.3mol过氧化钠这一段，生成沉淀量最大，是氢氧化镁和氢氧化铝的混合物，所以含有氢氧化镁，所以溶液中含有Mg²⁺、Al³⁺，根据气体的量，当加入0.3mol过氧化钠时，理论上会产生0.15mol的氧气，此时生成气体共0.25mol，所以会生成0.1mol的氨气，所以溶液中有铵根离子，沉淀部分减少时反应为氢氧化铝溶于氢氧化钠溶液，离子反应方程式为：Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O，
故答案为：Fe³⁺、Cu²⁺；Al（OH）₃+OH^-=AlO₂^-+2H₂O；
Ⅲ、Na₂CO₃在溶液中存在下列关系：Na₂CO₃ =2Na⁺+CO₃^2-； CO₃^2-+H₂O?HCO₃^-+OH^-；HCO₃^-+H₂O?H₂CO₃+OH^-；H₂O?H⁺+OH^-，所以在0.1mol•L^-1的Na₂CO₃溶液中，
a．根据元素守恒有c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=0.1mol/L，故a正确；
b．离子浓度大小关系为：c（Na⁺）＞c（CO₃^2-）＞c（OH^-）＞c（HCO₃^-）＞c（H⁺），故b正确；
c．根据溶液呈电中性可知：c（Na⁺）+c（H⁺）=2c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（OH^-），故c正确；
d．根据质子守恒有：c（OH^-）=c（H⁺）+c（HCO₃^-）+2c（H₂CO₃），故d正确；
e．根据物料守恒有：c（CO₃^2-）+c（HCO₃^-）+c（H₂CO₃）=$\frac{1}{2}$c（Na⁺），故e错误，
故选e．

点评 本题考查无机物推断，涉及物质的量的计算、物质推断、氯气性质等知识点，侧重考查学生分析推断能力及计算能力，知道图2中各个装置的作用及发生的反应，题目难度中等