Question

根据Mg与CO₂的反应推测，Na也能在CO₂中燃烧，且固体产物可能为C、Na₂O和Na₂CO₃中的两种或三种。某兴趣小组用如下装置开展两个阶段的实验探究。

【实验I】引发CO₂与Na反应。操作步骤为：
①按图连接装置，检验装置气密性，并往各装置中加入试剂；      
②打开装置a上活塞一段时间；
③点燃d处酒精灯，使CO₂与Na充分反应。停止加热，继续通气体使双通管冷却。
回答下列问题：
（1）装置a中用到的玻璃仪器有试管和                      ；
（2）装置b中装入的试剂是　　　　　　　　　　　          ；
（3）装置c的作用是　　　　　　　　　　　          ；
（4）步骤②中，当观察到　　　　　　　　　                时，才能进入步骤③。
【实验Ⅱ】探究反应产物及反应机理。取反应后双通管中固体物质29.2 g进行如下实验：
①仔细观察固体，发现有黑色颗粒；
②将固体溶于足量的水并过滤、洗涤，得到1.8 g滤渣（干燥）；
③将滤液加水稀释配成250 mL的溶液；
④取少量③的溶液，先加足量BaCl₂溶液，观察到白色沉淀,所得固体质量为3.94g；再加几滴酚酞试液，溶液变红；
⑤取25.00 mL③的溶液，滴加甲基橙作为指示剂，用3.0 mol·L^-1盐酸滴定，消耗盐酸体积为20.00 mL。
回答下列问题：
（5）如何判断⑤中的滴定终点　　　　　　　　　　　                   
（6）反应后装置d中的固体物质为　　　　　　　　　　　     ；通过计算分析：29.2 g残留固体中，各组分的质量各是多少?　　　　　　　　                   

Answer 1

（1）长颈漏斗（2分,多答导管不扣分）
（2）饱和NaHCO₃溶液     （2分）
（3）干燥CO₂（2分）
（4）e处澄清石灰水变浑浊 （2分）
（5）当滴入最后一滴盐酸时溶液恰好由黄色变为橙色，且半分钟内不变色。（2分）
（6）C、Na₂O、Na₂CO₃（3分）C：1.8g；Na₂O：6.2g；Na₂CO₃：21.2g（3分）

试题分析：（1）从图中可以看出a中的玻璃仪器有试管和长颈漏斗，二者构成了简易启普发生器。
（2）本题要探究的是Na在CO₂中燃烧的产物，所以Na与CO₂ 反应位置应该在d中的硬质玻璃管中，所以CO₂ 从左边通入。因此a装置是CO₂制取装置，实验中用盐酸和石灰石反应制取。制得的CO₂ 混有水蒸气和HCl气体，所以要除杂，防止其他的杂质气体与钠反应，所以b装置可以除去HCl气体，应用饱和碳酸氢钠溶液。
（3）c装置除水蒸气，干燥二氧化碳。
（4）为了防止空气中的氧气参与反应，应在反应之前先通二氧化碳气体排除空气，所以当看到e处澄清石灰水变浑浊，则说明装置已充满二氧化碳气体。
（5）因为酸滴定碱，用甲基橙作指示剂，所以滴定终点时甲基橙的颜色应该为黄色变为橙色，所以判定终点是：当滴入最后一滴盐酸时溶液恰好由黄色变为橙色，且半分钟内不变色。
（6）步骤①将固中得到1.8g滤渣（干燥）为不溶物碳。
步骤③中最终所得固体质量为3.94g为碳酸钡，说明反应生成碳酸钠，根据碳元素守恒可知，碳酸钠的物质的量=3.94g/197g/mol=0.02mol，故29.2g固体物质中n(Na₂CO₃)=0.02mol×250ml/25ml=0.2mol，m(Na₂CO₃)=0.2mol×106g/mol=21.2g。
步骤④中盐酸滴定碳酸钠，消耗盐酸的物质的量为0.02mol×2=0.04mol，实际消耗HCl为3.0mol?L^-1×0.020L=0.06mol，大于0.02mol，故溶液中含有氢氧化钠，说明反应中有氧化钠生成，滴定中氢氧化钠消耗的HCl为0.06mol-0.04mol=0.02mol，根据钠离子守恒可知氧化钠的物质的量n(Na₂O)=0.02mol/2=0.01mol，其质量为m(Na₂O)=0.1mol×62g/mol=6.2g，且1.8g+21.2g+6.2g=29.2g，等于所取固体物质的质量，故生成为C、Na₂O和Na₂CO₃。