Question

13．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）请将上图各装置连接完整（填写装置中字母）：c接f，g接d，e接a，b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BD．
A．H₂SO₄溶液      B．CCl₄ C．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，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，加入H₂SO₄溶液后生成硫酸钙微溶，会阻止反应进一步进行，由于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、d、e、a（b）、b（a）、h；
（2）A．H₂SO₄溶液：加入H₂SO₄溶液后生成硫酸钙微溶，会阻止反应进一步进行，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．