Question

某兴趣小组的同学在学习完Mg与CO₂的反应后，预测金属钠也能在CO₂中燃烧，为了确定钠在CO₂中燃烧的产物，该小组成员设计了下列装置进行实验探究．

已知：PdCl₂能被CO还原得到黑色的Pd，反应方程式如下：PdCl₂+CO+H₂O═Pd↓（黑色）+2HCl+CO₂
请回答下列问题：
（1）如果将实验室中用稀盐酸与石灰石反应制备的CO₂用于该实验探究，那么上述实验装置中，装置2和装置3中分别盛放的试剂为

 

和

 

．
（2）为了使制备CO₂的反应能“随开随用，随关随停”，上图中虚线方框内可以选用以下

 

装置（填字母代号）．
（3）检查装置的气密性完好并装好药品后，打开虚线方框中装置的开关，待装置5中出现

 

的现象时，再点燃酒精灯，这步操作的目的是

 

．
（4）该兴趣小组的同学在实验前做了以下讨论：
①若装置6中有黑色沉淀生成，装置4中残留固体（只有一种物质）加盐酸后产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则钠与CO₂反应的化学方程式为

 

．
②若装置6中无明显现象，装置4中残留固体（有两种物质）加盐酸后也产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，则钠与CO₂反应的化学方程式为

 

．
（5）指导老师认为，不仅要检验残留固体中是否有碳酸钠，还要检验其中是否有氧化钠和碳．当确认钠充分反应后，请你设计一个简单实验，验证装置4中的残留固体中是否含有Na₂CO₃、Na₂O和C（试剂任选）．（下表可以不填满，也可以增补）
操作步骤
现象和结论
（1）取少量残留固体

 

（2）

 

（3）

 

…

Answer 1

考点：性质实验方案的设计

专题：实验设计题

分析：（1）由实验方案图可知装置2是除去二氧化碳中的HCl，应用饱和的碳酸氢钠溶液，装置3是除去二氧化碳中的水蒸气，应用浓硫酸溶液；
（2）制取二氧化碳时，为了使制气过程具有“随开随用，随关随停”的特点，应该选用能够可以固、液药品分开的装置；
（3）由实验方案图可知，1为二氧化碳发生装置，4为二氧化碳与钠反应装置，加入4装置的二氧化碳应干燥，没有其它，故装置2是除去二氧化碳其它中的HCl，应用饱和的碳酸氢钠溶液，3为干燥装置，吸收水蒸气．反应需要排尽装置内的空气，当5装置中产生白色沉淀，说明空气中的二氧化碳排尽，再加热4处的酒精灯发生反应；
（4）①由题意可知，装置4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6中有黑色沉淀，说明PdCl₂溶液能被CO还原得到黑色的Pd，所以反应物为碳酸钠和CO；
②装置4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；
（5）根据C不溶于水分析，将4中固体加足量水，有不溶黑色固体，则生成物中有C，在所得水溶液中加入过量BaCl₂溶液，有沉淀生成，说明有Na₂CO₃生成；过滤，用pH试纸检验滤液，若滤液呈碱性，则残留固体中含有Na₂O．

解答： 解：（1）由实验方案图可知，1为二氧化碳发生装置，4为二氧化碳与钠反应装置，加入4装置的二氧化碳应干燥，没有其它，故装置2是除去二氧化碳中的HCl，应用饱和的碳酸氢钠溶液，装置3是除去二氧化碳中的水蒸气，应用浓硫酸溶液，
故答案为：饱和碳酸氢钠；浓硫酸；
（2）制取二氧化碳时，为了使制气过程具有“随开随用，随关随停”的特点，应该选用能够可以固、液药品分开的装置，A中只能控制反应的速率，但不能控制反应的随时进行与停止；而C中当打开止水夹时，酸就和有孔塑料板上的石灰石反应生成气体，当关闭止水夹时，生成的气体就无法从导管中排出，从而使装置内的压强增大，把酸液挤到长颈漏斗中，使固液分离，故选：C；
（3）由分析可知，反应需要排尽装置内的空气，当装置5中澄清的石灰水变浑浊，说明空气中的二氧化碳排尽，再加热4处的酒精灯发生反应，
故答案为：白色沉淀（浑浊）；排出装置中的空气，防止空气中的O₂、CO₂、H₂O等干扰实验；
（4）①由题意可知，装置4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6中有黑色沉淀，说明PdCl₂溶液能被CO还原得到黑色的Pd，所以反应物为碳酸钠和CO，反应的化学方程式为2Na+2CO₂=Na₂CO₃+CO，故答案为：2Na+2CO₂=Na₂CO₃+CO；
②装置4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=2Na₂CO₃+C，
故答案为：4Na+3CO₂=2Na₂CO₃+C；
（5）将4中固体加足量水，有不溶黑色固体，则生成物中有C，在所得水溶液中加入过量BaCl₂溶液，有沉淀生成，说明有Na₂CO₃生成；过滤，用pH试纸检验滤液，若滤液呈碱性，则残留固体中含有Na₂O．
故答案为：（1）溶于足量水中，若有黑色不溶物则证明残留固体中有C
（2）将步骤（1）所得混合物过滤，向滤液中加入足量BaCl₂溶液（或CaCl₂溶液），若出现白色沉淀，证明残留固体中有Na₂CO₃
（3）将步骤（2）所得混合物过滤，向滤液（或取上层清液）中滴加几滴酚酞，若溶液变红，则证明残留物中含有Na₂O

点评：本题联系学生感兴趣的实际新知识，有助于学生能力的考查，必须活学活用才能解好这类有新意的试题．