Question

根據Mg與CO₂的反應推測，Na也能在CO₂中燃燒，且固體產物可能為C、Na₂O和Na₂CO₃中的兩種或三種．某興趣小組用如下裝置開實驗探究．

實驗I：操作步驟為：
①按圖連接裝置，檢驗裝置氣密性，并往各裝置中加入試劑；
②打開裝置a上活塞一段時間；
③點燃d處酒精燈，使CO₂與Na充分反應．停止加熱，繼續通氣體使雙通管冷卻．
（1）裝置b中裝有______溶液．
（2）步驟②中，當觀察到______時，才能進入步驟③．
實驗Ⅱ：探究反應產物及反應機理．取反應后雙通管中固體物質29.2g進行如下實驗：
①將固體溶于足量的水并過濾、洗滌，得到1.8g濾渣（干燥）；
②將濾液加水稀釋配成250mL的溶液；
③取25.00ml步驟②的溶液，滴加足量BaCl₂溶液，將生成的白色沉淀過濾、洗滌、干燥，
稱量得固體質量為3.94g．
④另取25.00mL步驟②的溶液，滴加甲基橙作為指示劑，用3.0mol?L^-1鹽酸滴定，消耗鹽酸體積為20.00mL．
（3）步驟②中固體溶于水后過濾，不溶物必須經過洗滌，洗滌的具體操作是______．
（4）通過實驗數據分析29.2g殘留固體中，含有哪幾種固體？______．其中______固體最大，為______g
（5）該探究條件下，鈉與二氧化碳反應的化學方程式為______．

Answer 1

解：（1）由實驗方案圖可知，a為二氧化碳發生裝置，d為二氧化碳與鈉反應裝置，加入d裝置的二氧化碳應干燥，沒有其其它，故裝置b是除去二氧化碳其它中的HCl，應用飽和的碳酸氫鈉溶液，c為干燥裝置，吸收水蒸氣．反應需要排盡裝置內的空氣，當e裝置中產生白色沉淀，說明空氣中的二氧化碳排盡，再加熱d處的酒精燈發生反應，
故答案為：飽和NaHCO₃；
（2）由（1）的分析可知，反應需要排盡裝置內的空氣，當e裝置中產生白色沉淀，說明空氣中的二氧化碳排盡，再加熱d處的酒精燈發生反應，
故答案為：e裝置中產生白色沉淀；
（3）不溶物表面附著雜質，應進行洗滌，具體操作為：將蒸餾水沿玻璃棒注入紙漏斗中，至剛好浸沒沉淀，靜置待水濾出，重復上述操作2～3次，
故答案為：將蒸餾水沿玻璃棒注入紙漏斗中，至剛好浸沒沉淀，靜置待水濾出，重復上述操作2～3次；
（4）步驟①將固中得到1.8g濾渣（干燥）為不溶物碳．
步驟③中最終所得固體質量為3.94g為碳酸鋇，說明反應生成碳酸鈉，根據碳元素守恒可知，碳酸鈉的物質的量==0.02mol，故29.2g固體物質中碳酸鈉的物質的量為0.02mol×=0.2mol，其質量=0.2mol×106g/mol=21.2g．
步驟④中鹽酸滴定碳酸鈉，消耗鹽酸的物質的量為0.02mol×2=0.04mol，實際消耗HCl為3.0mol?L^-1×0.020L=0.06mol，大于0.02mol，故溶液中含有氫氧化鈉，說明反應中有氧化鈉生成，滴定中氫氧化鈉消耗的HCl為0.06mol-0.04mol=0.02mol，根據鈉離子守恒可知氧化鈉的物質的量為=0.01mol，故29.2g固體物質中氧化鈉的物質的量為0.01mol×=0.1mol，其質量為0.1mol×62g/mol=6.2g，且1.8g+21.2g+6.2g=29.2g，等于所取固體物質的質量，故生成為C、Na₂O和Na₂CO₃，且固體物質中碳酸鈉的質量最大，
故答案為：C、Na₂O和Na₂CO₃； Na₂CO₃；21.2；
（5）根據（4）中的計算可知產物為C、Na₂O和Na₂CO₃，三者物質的量之比為：0.1mol：0.2mol=3：2：4，故反應方程式為：12Na+7CO₂3C+2Na₂O+4Na₂CO₃，
故答案為：12Na+7CO₂3C+2Na₂O+4Na₂CO₃．
分析：（1）（2）由實驗方案圖可知，a為二氧化碳發生裝置，d為二氧化碳與鈉反應裝置，加入d裝置的二氧化碳應干燥，沒有其其它，故裝置b是除去二氧化碳其它中的HCl，應用飽和的碳酸氫鈉溶液，c為干燥裝置，吸收水蒸氣．反應需要排盡裝置內的空氣，當e裝置中產生白色沉淀，說明空氣中的二氧化碳排盡，再加熱d處的酒精燈發生反應；
（3）不溶物表面附著雜質，應進行洗滌，具體操作為：將蒸餾水沿玻璃棒注入紙漏斗中，至剛好浸沒沉淀，靜置待水濾出，重復上述操作2～3次；
（4）步驟①將固中得到1.8g濾渣（干燥）為不溶物碳．步驟③中最終所得固體質量為3.94g為碳酸鋇，說明反應生成碳酸鈉，根據碳元素守恒計算生成碳酸鈉的質量．步驟④中鹽酸滴定碳酸鈉，可能發生與氫氧化鈉的反應，根據碳酸鈉計算消耗的HCl，再根據滴定消耗的總的HCl，判斷是否有鹽酸與氫氧化鈉反應，據此計算解答；
（5）根據（4）中的計算可知反應產物，計算生成物的物質的量關系，據此書寫方程式．
點評：本題考查物質組成與探究，涉及對實驗方案的理解、實驗基本操作、化學計算與數據處理等，確定生成物的成分以發生的反應是難度，也是易錯點，注意不能直接利用固體物質質量減去碳與碳酸鈉的質量確定氧化鈉的質量，題目難度較大．