3.碱金属元素

例题2-3-1

　　　　 铷和另一种碱金属的合金7.8　g，与足量的水完全反应后，放出氢气0.20　g，则合金中另一种碱金属可能是(　　 )

A. Li　　　　　　　　　 B. Na　　　　　　　　　　　　　 C. K　　　　　　　　　　 D. Cs

解析与答案

对于两种物质的混合物，可根据混合物的平均质量、平均体积、平均相对原子(分子)质量等，求出混合物的组成、质量比等。

解：因合金是由碱金属组成，故设：合金为R，平均相对原子质量为。

　 　　 2R+2H₂O＝2ROH+H₂↑

　 　　 2　　　　　　 2

58.5　 143.5

　　　　 y　　　　 12.26g

　　　　 求得：x＝42g　 y＝5g

　　　　 则：m(Na₂CO₃)＝100-x-y＝53g。

　　　　　 各物质的质量分数分别为：　　　 w(Na₂CO₃)100%＝53%;

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 w(NaHCO₃)100%＝42%;

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 w(NaCl)100% = 5%。

例题2-2-15

向含NaOH8g的NaOH溶液中通入CO₂，生成盐的质量为13.7g，　 求参加反应的CO₂的质量。

解析与答案

解析: 首先要分析产物13.7g是Na₂CO₃还是NaHCO₃，或是两者的混合物。可采用极限法加以讨论(即8gNaOH只生成Na₂CO₃或只生成NaHCO₃时其质量各是多少)。

2NaOH + CO₂＝Na₂CO₃+H₂O

　　　　　　　　　 　　　　　　　 　　　　80　　　　　　　 　 　　　　106

　　　　　　　　　 　　　　　　　 　　　　8g 　　　　　　 m (Na₂CO₃)

　　　　　　　　　　　　　　　 m(Na₂CO₃)＝10.6g

　　　　　　　　　　　　　　　 NaOH+CO₂＝NaHCO₃

　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　 　　　　　40　　　　 　　84

　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　 　　　　　　　8g　　　 m(NaHCO₃)

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 m(NaHCO₃)＝16.8g

因为10.6g＜13.7g＜16.8g

所以产物是Na₂CO₃与NaHCO₃组成的混合物。

设参加①反应的NaOH为xg，参加②反应的NaOH为yg。

① 2NaOH + CO₂＝Na₂CO₃+H₂O； ②NaOH+CO₂＝NaHCO₃

　　　 　 80　　 　44　　　　　 106　　　　 　 40 　　 　44　　 　　 　84

　　　 　 xg　 　g　　　 g　　　 　yg　 　g　 　　g

∴ 参加反应的总CO₂为g+g＝6.6g

18.4 g　　　　　　　　 　　　　m(理论)

可得：m(理论)＝2.67g，

而真实失重为：18.4 g-16.6 g＝1.8 g，

m(真实)＜m(理论)，说明反应是按

n(NaHCO₃)∶n(NaOH)＜1∶1，即NaOH过量进行的，所以应以NaHCO₃的量为计算依据。

NaHCO₃ + NaOH＝Na₂CO₃ + H₂O↑

　 84　　　　　　　　　　　　　　　 18

　 x　　　　　　　　　　　　　　 1.8 g

可得：x＝8.4g，

混合物中NaOH的质量分数为：

×100%＝54.3%。

答案：混合物中NaOH的质量分数为54.3%。

例题2-2-5

　　　　 如图2-1所示，烧瓶内有一只活的小鼠，U形管内装有红色水溶液，使a，b两端的液面处于同一水平面。两天后，U形管内液面发生的变化是(　　 )

A.a端下降，b端上升　　　　　　　 　　　　　　　　　 B.a端上升，b端下降

C. a，b两端都下降　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　 D. a，b两端都上升

解析与答案

此题根据压强原理。因为小鼠吸氧呼出CO₂气，且CO₂又被NaOH吸收，故烧瓶内的气体越来越少，压强变小，而b端仍是一个大气压，所以a端上升，b端下降。

答案：B

例题2-2-6

　　　　 将一定量的NaOH与NaHCO₃的混合物X，放在一个密闭容器中加热，充分反应后生成气体V₁L(V₁0)。将反应后的固体残留物Y与过量盐酸反应，又生成CO₂ V₂ L。(气体体积在标准状况下测定)

　　　　 (1)　 Y的成分是_____

A. Na₂CO₃和NaOH

B. Na₂CO₃和NaHCO₃

C. Na₂CO₃

D. NaOH

　　　　 (2)　 X中NaOH和NaHCO₃共_____mol；

　　　　　　　　 NaOH和NaHCO₃物质的量之比为_____。

解析与答案

本题可用列方程组求解并运用碳元素的守恒求解。

因为V₁0，X受热发生反应后必无NaOH和NaHCO₃剩余，X中的Na⁺完全转移到Na₂CO₃(其物质的量为)中。则X中的Na⁺共，所以NaOH和NaHCO₃共。

X中的碳元素全部转化为CO₂，共。所以X中的NaHCO₃为。

X中的NaOH为，所以NaOH与NaHCO₃物质的量之比为。

答案：(1) C　　 (2) X中NaOH与NaHCO₃共；它们的比：。

例题2-2-7

　　　　 在干燥管A中为块状白色固体，B中为淡黄色粉末，C中为白色固体，并将A、B、C按如图2-2所示连接，当打开活塞(Ⅰ)(Ⅱ)时，D中蜡烛火焰明亮；打开活塞(Ⅰ)(Ⅲ)时，D中蜡烛火焰熄灭；关闭活塞(Ⅰ)时，A中反应自行停止。

　　　　 试根据上述实验事实，回答以下各问题：

　　　　 (1)　 A中发生的化学反应是_____。

　　　　 (2)　 在装置B中的淡黄色粉末是_____。

　　　　 (3)　 在干燥管C中的白色固体应为_____。

解析与答案

此题以蜡烛火焰的明亮和熄灭为突破口。明亮一定是通入了O₂，而熄灭一般是CO₂。由此可确定B中是Na₂O₂(淡黄色粉末)和CO₂的反应；从而可知A是产生CO₂的简易启普发生器，C中是一个不与CO₂反应的白色固体，即是中性或酸性的固体干燥剂。

答案：　 (1)CaCO₃+2HCl＝CaCl₂+CO₂↑+H₂O

　　　　　　　 (2)Na₂O₂　　　　　　　　

　　　　　　　 (3)CaCl₂或P₂O₅

例题2-2-8

　　　　 将70 g Na₂O₂和Na₂O的混合物跟98 g水充分反应后，所得NaOH溶液的质量分数为50%，试分别写出Na₂O₂和Na₂O与H₂O反应的化学方程式，并计算混合物中Na₂O₂和Na₂O的质量各是多少克?

解析与答案

此题有多种解法，其中常见的可利用二元一次方程，还可利用一元一次方程法。

方法一：设混合物中Na₂O₂为x g，Na₂O为y g

2Na₂O₂ + 2H₂O＝4NaOH　 +　 O₂↑……①

2×78　　　　 　　4×40　　　 32

　x　　　　 　　　　

Na₂O + H₂O＝2NaOH……②

62　　　　　 2×40

　y　　　　　

解得：x＝39g，y＝31g

方法二：设混合物中Na₂O₂为x g，则Na₂O为y=(70-x)g, 同上述②反应，再列出一元一次方程：

＝50%

解得x＝39g，所以Na₂O＝70－39＝31g。

答案：m(Na₂O₂)＝39g，m(Na₂O)＝31g

例题2-2-9

　　　　 下列关于Na₂O和Na₂O₂的叙述正确的是(　　 )

　　　　 A.都是白色固体

　　　　 B.都是碱性氧化物

　　　　 C.都能和水反应形成强碱溶液

　　　　 D.都是强氧化剂

解析与答案

本题是考查对碱金属氧化物和过氧化物的认识。其知识核心见表。

组　　　 成	Na2O	Na2O2
电　 子　 式
阳离子与阴离子个数比	2:1	2:1
颜色、状态	白色粉末	淡黄色粉末
氧元素价态	-2	-1
化学性质	碱性氧化物	氧化性、还原性
H2O CO2 H+ 　 SO2	Na2O+H2O＝2NaOH Na2O+CO2＝Na2CO3 Na2O+2H+＝2Na++H2O 　 Na2O+SO2＝Na2SO3	2Na2O2+2H2O＝4NaOH+O2↑ 2Na2O2+2CO2＝2Na2CO3+O2 Na2O2+2H+＝2Na++H2O2 2H2O2＝2H2O+O2↑ Na2O2+SO2＝Na2SO4
化学特性用途	无氧化性、漂白性	强氧化性、漂白性医用消毒水、生氧剂、漂白剂

通过比较可知：虽然两种氧化物的组成元素相同，但其结构、性质上的差异很大。

答案：C

例题2-2-10

将70g过氧化钠和氧化钠的混合物跟98g水充分反应，所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数为50%，试写出过氧化钠跟水反应的化学方程式，并计算原混合物中过氧化钠和氧化钠的质量各为多少？

解析与答案

本题解题关键是对所得NaOH溶液的溶质质量分数为50%的分析，可以有两种理解：

(1)　 根据溶质质量分数的概念进行计算: w(NaOH)100%

(2)　 根据生成溶液中溶质和溶剂的质量相等进行计算　　

解：发生的反应为：Na₂O+H₂O＝2NaOH; 2Na₂O₂+2H₂O＝4NaOH+O₂↑

　　　　 设混合物中含Na₂O₂和Na₂O的质量分别为x, y

　　　　 2Na₂O₂+2H₂O＝4NaOH + O₂↑；　　　　　　　 Na₂O + H₂O＝2NaOH

　　　　 278　 218　 　 440　 32　　　　　　　　　　 62　　 　 18 　 　　240

　　　　 　 x　　 x　　 x　 x　　　　 y　　 y　 　y

解得：x＝39g；y＝31g.

答案　　 (1)2Na₂O₂+2H₂O＝4NaOH+O₂↑

　　　　　　 (2)原混合物中含Na₂O₂ 39g, Na₂O 31g。

例题2-2-11

200℃时，11.6gCO₂和水蒸气的混合气体与足量的Na₂O₂充分反应后固体质量增加3.6g，求原混合物中CO₂和H₂O的质量比。

解析与答案

两个反应，且两个反应中均生成O₂，所以11.6g的混合气体与Na₂O₂反应后固体只增重了3.6g，其差量11.6g-3.6g = 8g为生成的O₂的质量。

设：CO₂和H₂O的质量分别为x,　 y，则

2CO₂+2Na₂O₂＝2Na₂CO₃+O₂，2H₂O+2Na₂O₂＝4NaOH + O₂↑

244　　　　　 　　　　　　 32　　　 　 218　　　　　　　　　　　 　　　 32

x　　　　　　　　　 　　y　　　　　　　　　

答案:　 原混合物中CO₂和H₂O的质量比为11:18。

例题2-2-12

　　　　 CO与H₂的混合气体3g，在150℃时和足量的氧气燃烧后，将所得CO₂和H₂O通入到足量的Na₂O₂后，Na₂O₂增重的质量为(　　 )

A. 1.5g　　　　　　　　　　　　 B. 3g　　　　　　　　　　　　　　 C. 6g　　　　　　　　　　　　　　 D. 无法计算

解析与答案

反应过程如下

由合并的③、⑥两式看出，Na₂O₂增重的质量就是CO和H₂的质量。

答案：B

例题2-2-13

　　　　 试列表比较Na₂CO₃、NaHCO₃在物理、化学性质方面的异同及两者的相互转化和工业制备。

解析与答案

Na₂CO₃、NaHCO₃的比较

名　 称	Na2CO3	NaHCO3
俗　 名	苏打、纯碱	小苏打
物理 性质	颜色状态	白色粉末	细小白色晶体
水溶性	易溶于水	较易溶于水
化学 性质	热稳定性	比较稳定 不易分解	△ 　 易分解 2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑
H+	CO32-+2H+= H2O+CO2↑	HCO-3+H+=H2O+CO2↑较Na2CO3快
OH-	与NaOH不反应 与Ca(OH)2反应生成沉淀 Na2CO3+Ca(OH)2 = CaCO3↓+2NaOH	NaHCO3+NaOH=Na2CO3+H2O 2NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+Na2CO3+2H2O
CO2	Na2CO3+H2O+CO2=2NaHCO3若是饱和Na2CO3溶液，将产生NaHCO3晶体	不反应
BaCl2或 CaCl2	CO32-+Ba2+=BaCO3↓ CO32-+Ca2+=CaCO3↓	不反应
相互转化	CO2+H2O 　 加热或加NaOH　 　 NaHCO3 　 Na2CO3
工业制备	△ 　 熔烧NaHCO3 2NaHCO3==Na2CO3+H2O+CO2↑	饱和氨盐水中通入CO2 NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl

例题2-2-14

今有Na₂CO₃、NaHCO₃和NaCl的混合物100g, 加热到质量不再减少为止，剩余残渣为84.5g，将残渣溶于水，滴入足量AgNO₃溶液得到白色沉淀，加足量稀HNO₃后大部分沉淀消失，剩余沉淀为12.26g。试计算混合物中Na₂CO₃、NaHCO₃和NaCl的质量分数各是多少?

解析与答案

解题思路：

　　　　 2NaHCO₃==Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑ D m

　　　　 　 284　 　　　 　　　　18　　　 　44 　　62

　　　　 　 　x　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 100g-84.5g＝15.5g

　　　　 NaCl + AgNO₃＝AgCl↓+ NaNO₃

18.4 g由NaOH和NaHCO₃组成的固体混合物，在密闭容器中加热到约250℃，经充分反应后排出气

体，冷却后称得剩余固体质量为16.6 g。试计算原混合物中NaOH的质量分数。

解析与答案

NaHCO₃ + NaOH＝Na₂CO₃ + H₂O↑　　　 ①

2NaHCO₃＝Na₂CO₃ + H₂O↑+ CO₂↑　　　　　　　　 ②

因题中并未明确NaHCO₃和NaOH哪个过量，故n(NaHCO₃)∶n(NaOH)，应分以下三种情况讨论：

(1)n(NaHCO₃)∶n(NaOH)＝1∶1，

(2)n(NaHCO₃)∶n(NaOH)＞1∶1，

(3)n(NaHCO₃)∶n(NaOH)＜1∶1。

NaHCO₃ + NaOH＝Na₂CO₃ + H₂O↑

　　　　　　　 18　 　　18

58.5　　　　　　　　　 143.5

　　　　 　y　 　　　　 　　　　　　　12.26 g

　　　　　 求得：y＝5g

　　　　　 m (Na₂CO₃)＝100-x-y＝100-42-5＝53 g。

　　　　　 w (Na₂CO₃)＝×100%＝53%，

　　　　　 w (NaHCO₃)＝×100%＝42%，

　　　　　 w (NaCl)＝1-53%-42%＝5%。

答案：　 混合物中NaHCO₃的质量分数为42%，

　　　　　　　 Na₂CO₃的质量分数为53%，

　　　　　　　 NaCl的质量分数为5%。

例题2-2-3

　　　　 200℃时，11.6 g CO₂和水蒸气的混合气体与足量的Na₂O₂充分反应后固体质量增加了3.6 g，求原混合物中CO₂和H₂O的质量比。

解析与答案

本题涉及Na₂O₂与CO₂和H₂O的两个反应，且两个反应中均生成O₂，所以11.6 g的混合气体与Na₂O₂反应后固体只增重了3.6 g，其差量11.6 g-3.6 g＝8 g为生成的O₂的质量。

设: 　 CO₂和H₂O的质量分别为x、y，则

　　　 　 2CO₂ + 2Na₂O₂＝2Na₂CO₃ + O₂↑

　　　 　 2×44　　　　　　　　　　 32

　　　 　 　x　　　　　　　　　　 x

　　　 　 2H₂O + 2Na₂O₂＝4NaOH + O₂↑

　　　 　 2×18　　　　　　　　　 32

　　　 　 　y　　　　　　　　　　 y

依题意，得：

求得：　　　 x＝4.4g，y＝7.2g，

　　　 　　　　　　 x∶y＝4.4∶7.2＝11∶18。

答案：原混合物中CO₂和H₂O的质量比为11∶18。

例题2-2-4

2.钠的化合物

例题2-2-1

　　　　 将70　g过氧化钠和氧化钠的混合物跟98　g水充分反应，所得氢氧化钠溶液的溶质质量分数为

50%，试写出过氧化钠跟水反应的化学方程式，并计算原混合物中过氧化钠和氧化钠的质量各为多少?

解析与答案

本题解题关键是对所得NaOH溶液的溶质质量分数50%的分析，可以有两种理解：

(1)　 根据溶质质量分数的概念进行计算：

　　　 w(NaOH)＝×100%

(2)　 根据所生成溶液中溶质和溶剂的质量相等进行计算.

解：发生的反应为：

　　　　　 Na₂O+H₂O＝2NaOH；2Na₂O₂+2H₂O＝4NaOH+O₂↑

　　　　　 设混合物中含Na₂O₂和Na₂O质量分别为x，y。

　　　　　 2Na₂O₂+2H₂O＝4NaOH+O₂↑；

　　　　　 2×78　 2×18　 4×40　 32

　　　　　 x　　 　　x　 x x

　　　　　 Na₂O+H₂O＝2NaOH

　　　　　 62　 18　　 2×40

　　　　　 y　 y　 y

[解法一]

[解法二]

解得：x＝39g； y＝31g。

答案: 　 ①2Na₂O₂+2H₂O＝4NaOH+O₂↑；

　　　　　　　 ②原混合物中含Na₂O₂ 39　g，Na₂O 31g。

例题2-2-2

　　　　 今有Na₂CO₃、NaHCO₃和NaCl的混合物100g，加热到质量不再减少为止，剩余残渣为84.5g，将残渣溶于水，滴入足量AgNO₃溶液得到白色沉淀，加足量稀HNO₃后大部分沉淀消失，剩余沉淀为12.26g，试计算混合物中Na₂CO₃、NaHCO₃和NaCl的质量分数各是多少?

解析与答案

要计算Na₂CO₃、NaHCO₃和NaCl的质量分数，必须求出它们在100 g混合物中各自的质量。从条件分析，这三种物质加热，只有NaHCO₃受热分解，而Na₂CO₃、NaCl不分解，加热后剩余残渣为84.5g，减少的质量是NaHCO₃加热分解跑走的CO₂和H₂O的质量，以此为突破口求出NaHCO₃的质量；然后滴加AgNO₃溶液，再加足量稀HNO₃，剩余沉淀为12.26g是AgCl的质量，根据方程式再求出NaCl的质量，最后求出Na₂CO₃的质量。

　　　　　 2NaHCO₃＝Na₂CO₃+H₂O↑+CO₂↑　　

　　　　　 2×84　　　　　　　 18　　 44　　　 62

　 　　　 　x　　　　　　　　　　　 100 g-84.5 g＝15.5 g

　　　　　 求得：x＝42g。

　　　　　 NaCl + AgNO₃＝NaNO₃ + AgCl↓

6.2　　　　　　 　 m(Na)　　　　　 m(NaOH)

　　　　　　　　　 m(Na)＝4.6g　　 m(NaOH)＝8g

　 ∴　 未被氧化的Na为4.6g，被氧化成氧化钠的金属Na为4.6g, 溶液中溶质的质量分数为：

　　　　　 w(NaOH)＝100%＝14.5%

3.　 依数值列算式求解

本题涉及反应：　　 Na₂O+H₂O＝2NaOH

　　　　　　　　　　　　　　　　　 2Na+2H₂O＝2NaOH+H₂↑

　　　　　　　　　　　　　　　　　 4Na+O₂＝2Na₂O

解题思路：

由H₂的质量求出金属Na质量求出Na₂O质量被氧化的Na的质量

生成NaOH质量　　　　　　　 生成NaOH质量　

　　　　　　　 总NaOH质量

答案　　　 2Na + 2H₂O＝2NaOH + H₂↑

　 　　　　　 223　　　　 240　 2

　　　　　　　 m(Na)　　　 m(NaOH) 0.2g

　　　　　　　 m(Na)＝4.6g, m(NaOH)＝8g

　　　　　　　 m(Na₂O)＝10.8g-4.6g＝6.2g

　　　　　　　 ∵ 4Na+O₂＝2Na₂O

　　　　　　　 Na₂O+H₂O＝2NaOH

存在:　　　　 Na₂O　　　 2Na　　　 2NaOH

　　　　　　　　　 62　　　　　　　 　 223　　　　　 240

2.　 找出物质间的量的关系

1.　 确定所发生的反应