Question

4．钠有多种化合物，如氧化钠、过氧化钠、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠等等，这些物质在实际生活中有广泛的应用，一定条件下相互间能进行转化．完成下列计算：
（1）将7.8克Na₂O₂完全溶解于93.8克水中，所得溶液的质量百分比浓度为8%
（2）将11.6克二氧化碳和水蒸汽的混合物与足量的Na₂O₂充分反应，固体质量增加了3.6克，则原混合气体的平均分子量为23.2．
（3）向100mL NaOH溶液中通入CO₂充分反应后，在减压和较低温度下，小心地将溶液蒸干，得到白色固体M（不含结晶水）．通入二氧化碳的体积V（标准状况下）与M的质量W的关系如下图所示．
（a）推断b点时M的组成成份（写出计算过程）．
（b）若向b点的盐溶液中只加入0.03mol某钠的化合物，充分反应后，减压低温蒸发得到无水Na₂CO₃8.48g，则加入的物质可以是Na₂O或Na₂O₂．
（4）由31g NaOH和NaHCO₃的固体混合物，在密闭密器中加热到250℃，经充分反应后排出气体、冷却，称得剩余固体的质量为N g，试分析不同N值时，剩余固体的组成成份．（已知NaHCO₃的分解温度低于250℃）

Answer 1

分析 （1）过氧化钠与水反应生成氢氧化钠和氧气，溶质为氢氧化钠，溶液的质量为过氧化钠的质量加水的质量减去氧气的质量；
（2）CO₂和水蒸气的混合物与足量的Na₂O₂充分反应，反应方程式分别为2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂中固体质量增加的量相当于CO、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑中固体质量增加的量相当于H₂，设二氧化碳、水蒸气的物质的量分别是xmol、ymol，根据二氧化碳和水蒸气质量、CO和氢气质量计算二者的物质的量，再根据$\overline{M}$=$\frac{m}{n}$计算原来混合气体的平均摩尔质量；
（3）（a）图b点时M的质量为7.16 g，5.3＜7.16＜8.4，知M由Na₂CO₃和NaHCO₃组成；
（b）结合C原子、Na原子守恒进行判断；
（4）加热发生反应：①NaOH+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O，若碳酸氢钠过量，还发生反应：②NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，若NaOH、NaHCO₃恰好按1：1反应，固体减少质量为水的质量，根据方程式可知，生成水的质量=31g×$\frac{18}{124}$=4.5g，实际固体质量减少（31-N） g，所以当（31-N） g≤4.5g，说明氢氧化钠过量只发生反应①，最终还剩NaOH和Na₂CO₃的混合物，当（31-N） g≥4.5g，说明氢氧化钠少量发生反应①和②，最终只剩Na₂CO₃，据此分析；

解答 解：（1）过氧化钠与水反应：
2Na₂O₂ +2H₂O=4NaOH+O₂↑
 156         160   32
 7.8g   m（NaOH）  m（O₂）  解得：m（NaOH）=8g  m（O₂）=1.6g
溶液的溶质的质量分数：$\frac{8g}{7.8g+93.8g-1.6g}$×100%=8%；
故答案为：8%；
（2）CO₂和水蒸气的混合物与足量的Na₂O₂充分反应，反应方程式分别为2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂中固体质量增加的量相当于CO、2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑中固体质量增加的量相当于H₂，
设二氧化碳、水蒸气的物质的量分别是xmol、ymol，根据二氧化碳和水蒸气质量、CO和氢气质量得$\left\{\begin{array}{l}{44x+18y=11.6}\\{28x+2y=3.6}\end{array}\right.$，
解得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.1}\\{y=0.4}\end{array}\right.$，所以原来混合气体的物质的量=（0.1+0.4）mol=0.5mol，
原来混合气体平均摩尔质量$\overline{M}$=$\frac{m}{n}$=$\frac{11.6g}{0.5mol}$=23.2g/mol，故答案为：23.2；
（3）由图知NaOH质量为4 g，物质的量为0.1 mol，完全转化为Na₂CO₃时，Na₂CO₃质量为0.1mol×$\frac{1}{2}$×106g/mol=5.3 g，完全转化为NaHCO₃时，NaHCO₃质量为0.1mol×84g/mol=8.4 g，故A点白色固体M为Na₂CO₃，C点白色固体M为NaHCO₃．
（a）图b点时M的质量为7.16 g，5.3＜7.16＜8.4，知M由Na₂CO₃和NaHCO₃组成，故答案为：Na₂CO₃、NaHCO₃；
（b）7.16 g盐为Na₂CO₃为0.02 mol，NaHCO₃为0.06 mol．要得到纯净的8.48g Na₂CO₃固体，即要将0.06mol NaHCO₃变为0.03 mol Na₂CO₃，
“某种物质”需满足3个条件：a．显碱性或能生成碱，b．需加入Na元素，c．不能带来其它杂质．
①中根据Na原子守恒，0.03 mol物质中需有0.06mol Na原子，故符合条件的只有Na₂O或Na₂O₂，
故答案为：Na₂O；Na₂O₂；
（4）由31g NaOH和NaHCO₃的固体混合物，在密闭密器中加热到250℃发生反应：①NaOH+NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+H₂O，若碳酸氢钠过量，还发生反应：②NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，若NaOH、NaHCO₃恰好按1：1反应，固体减少质量为水的质量，根据方程式可知，生成水的质量=31g×$\frac{18}{124}$=4.5g，实际固体质量减少（31-N） g，所以当（31-N） g＜4.5g，即N＞26.5时说明氢氧化钠过量只发生反应①，最终还剩NaOH和Na₂CO₃的混合物，当（31-N） g≥4.5g，即N≤26.5时说明氢氧化钠少量发生反应①和②，最终只剩Na₂CO₃，答：N＞26.5时，剩余固体为NaOH和Na₂CO₃的混合物；N≤26.5时，剩余固体为Na₂CO₃ ．

点评 本题以钠及其化合物的性质以及图象形式考查化学计算，难度中等，抓住有关钠及其化合物之间的反应是解题关键，注意基本反应方程式的积累．