Question

學習化學一年后，同學們對課本上“活動性較強的金屬一般可以將位于其后面的金屬從它們的鹽溶液中置換出來”以及“支持燃燒的氣體一般是氧氣”這兩句話產生了質疑．在老師的幫助下，用金屬鈉來探究下列問題：
【提出問題】
1．金屬鈉能否置換出硫酸銅溶液中的銅？
2．金屬鈉能否在其他氣體（如：CO₂）中燃燒？
【查閱資料】金屬Na性質活潑，常溫下，它極易與氧氣反應生成白色固體氧化鈉，氧化鈉溶于水生成氫氧化鈉．金屬鈉還可以與水劇烈反應放出氫氣．
【實驗探究】
實驗一：
①在實驗室中，金屬鈉保存在煤油中；
②用鑷子從煤油中取出一小塊金屬鈉，用濾紙吸干表面煤油后投入硫酸銅溶液中，觀察到溶液中出現藍色沉淀，但沒有紅色的物質析出；
③按照步驟②將金屬鈉投入水中，待反應結束后滴加酚酞溶液，發現溶液變紅．
實驗二：將燃燒的鈉迅速伸入盛有CO₂的集氣瓶中，觀察到鈉在CO₂中繼續燃燒，反應后冷卻，瓶內附著黑色顆粒，并粘附著白色物質．
【問題討論】
（1）金屬鈉保存在煤油中的原因是：______．
（2）根據上述資料寫出鈉塊投入水中發生反應的化學方程式：______．
（3）實驗二中生成的黑色顆粒是______，而白色物質可能是什么呢？
①同學們圍繞白色物質可能是什么產生如下猜想：甲認為白色物質是氧化鈉，乙認為是碳酸鈉，丙認為是氧化鈉和碳酸鈉的混合物，丁認為是氫氧化鈉．我認為丁的猜想是錯誤的，理由是______．
②對白色物質是什么進行實驗再探究，方案設計如下：
方案1：取該樣品少量于試管里，加入適量的水，振蕩，過濾，向濾液中加入無色酚酞試液，觀察到溶液變成紅色，結論：白色物質中一定有氧化鈉．
方案2：取該樣品少量于試管里，滴加足量鹽酸，溶液中有氣泡冒出，結論：白色物質中一定有______．
方案3：取該樣品少量于試管里，加入適量的水，振蕩，過濾，向濾液中加入過量的______溶液（供選試劑：A．石灰水B．氯化鈣溶液 C．硫酸銅溶液），出現白色沉淀，然后過濾，再向溶液里滴加無色酚酞試液，無明顯現象出現．則
______（在甲、乙、丙中選）的猜想成立．
③評價與反思：小娟同學認為實驗方案1得出的結論不正確，其理由是______；
實驗室中的金屬鈉著火時，你的滅火方法是______．
【拓展應用】
測定實驗中使用的標有質量分數為16%的鹽酸（圖1）的實際質量分數．
（1）為了測定，需配制20%的氫氧化鈉溶液100g．配制步驟有：①溶解 ②計算，需氫氧化鈉______g ③裝瓶并貼標簽 ④稱取氫氧化鈉，量取水______mL（水的密度為1g/mL）．其正確的順序為______（填序號）．
配制氫氧化鈉溶液時，需要的玻璃儀器有量筒、燒杯、滴管及______．
（2）小明同學在燒杯中加入配得的氫氧化鈉溶液20g，再逐滴加入該鹽酸．用pH測定儀測定滴加過程中溶液的pH．圖2為測定儀打印出的滴加鹽酸的質量與溶液pH的關系圖．
①a點對應的溶液呈______（填“酸性”、“堿性”或“中性”）；
b點對應的溶液中的溶質為______（寫化學式）．
②請以此次測定的數據，列式計算該鹽酸的實際質量分數？
（3）該鹽酸的實際質量分數與標簽上標出的質量分數不一致的可能原因______（不考慮誤差）．

Answer 1

解：（1）金屬Na性質活潑，常溫下極易與氧氣反應生成白色固體氧化鈉，氧化鈉溶于水生成氫氧化鈉；金屬鈉還可以與水劇烈反應放出氫氣，因此保存在煤油中．
故答案為：防止鈉與氧氣和水反應變質；
（2）將金屬鈉投入水中，待反應結束后滴加酚酞溶液，發現溶液變紅，說明產生了堿性的物質，根據反應前后元素的種類不變，因此是氫氧化鈉；結合資料提供的還產生氫氣，因此氧氣還能和水反應生成氫氧化鈉和氫氣；
故答案為：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；
（3）根據質量守恒定律化學反應前后元素的種類不變可知：二氧化碳和金屬鈉反應生成了黑色的物質應該是碳和白色的物質不可能是氫氧化鈉，因為反應物中無氫元素，因此不可能是氫氧化鈉；
方案2：因為滴加足量鹽酸，溶液中有氣泡冒出，可證明有碳酸鈉．
方案3：向濾液中加入過量的某試劑后出現白色沉淀，然后過濾，再向溶液里滴加無色酚酞試液，無明顯現象，說明該試劑能夠和碳酸鈉反應產生白色沉淀，且反應后的溶液不顯堿性，故不能是石灰水和硫酸銅溶液；也說明了白色固體沒有水溶液顯堿性的氧化鈉；故乙的猜想成立；
③評價與反思 向濾液中加入無色酚酞試液，觀察到溶液變成紅色，不能說明白色物質中一定有氧化鈉，因為碳酸鈉也顯堿性；
結合鈉的性質，實驗室中的金屬鈉著火時，不能用水和二氧化碳等棉花，可以采用的滅火方法是用沙子覆蓋，與氧氣隔絕；
故答案為：碳；①反應物中沒有氫元素； ②碳酸鈉 B 乙； ③碳酸鈉溶液也是堿性的 用沙子覆蓋（其它答案合理也可）；
【拓展應用】（1）配制質量分數為20%的氫氧化鈉溶液100g，需要氫氧化鈉固體的質量為100g×20%=20g，水的質量為：100g-20g=80g，體積為80ml；配制一定質量分數的溶液的步驟：計算、稱量（量�。�、溶解、裝瓶存放，故順序為：②④①③；需要用到的儀器有：燒杯、玻璃棒、量筒、膠頭滴管、托盤天平，
故答案為：20；80；②④①③；玻璃棒；
（2）①由圖示可知，當滴加鹽酸到圖象中a點時，pH＜7，說明鹽酸的量過量，溶液呈現酸性；當滴加鹽酸到圖象中b點時，pH＞7，說明鹽酸的量不足，溶液呈現堿性，部分氫氧化鈉參加反應生成了氯化鈉，還有剩余的氫氧化鈉，所以溶液中的溶質是：NaCl、NaOH；
故答案為：酸；NaCl、NaOH；
②設：此鹽酸的質量分數為x
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40 36.5
20g×20% 25g×x
=
x=14.6%
答：此待測鹽酸質量分數為14.6%
（3）鹽酸具有揮發性，是導致鹽酸溶液溶質質量分數減少的原因；
故答案為：鹽酸具有揮發性．

故答案為：【問題討論】（1）防止鈉與氧氣反應變質；（2）2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑； （3）碳；①反應物中沒有氫元素； ②碳酸鈉 B 乙； ③碳酸鈉溶液也是堿性的 用沙子覆蓋（其它答案合理也可）
【拓展應用】（1）20 80 ②④①③玻璃棒 （2）①酸性 NaCl、NaOH
②設：此鹽酸的質量分數為x
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40 36.5
20g×20% 25g×x
=
x=14.6%
答：此待測鹽酸質量分數為14.6%
（3）鹽酸具有揮發性．
分析：（1）根據金屬鈉的化學性質非常活潑，易與氧氣和水發生化學反應分析；
（2）金屬鈉投入硫酸銅溶液中，根據酚酞試液變紅及元素守恒的角度分析鈉與水反應的產物并寫出方程式；
（3）根據金屬鈉也能在二氧化碳中燃燒，根據質量守恒定律中化學反應前后元素的種類不變分析黑色固體的成分和白色物質的成分；
方案2：依據滴加足量鹽酸，溶液中有氣泡冒出，推測白色物質的成分；
方案3：根據加入的試劑與碳酸鈉反應出現白色沉淀，然后過濾，再向溶液里滴加無色酚酞試液，無明顯現象出現，得出合理的猜想的結論，注意在驗證是否有氧化鈉時，要注意碳酸鈉溶液也顯堿性，要用氯化鈣溶液排除碳酸鈉的干擾；
③評價與反思 根據碳酸鈉也顯堿性分析；
根據金屬鈉的性質選擇合適的滅火方法；
【拓展應用】（1）利用溶質質量=溶液質量×溶質的質量分數，計算配制溶液所需要的溶質的質量和溶劑的質量；由配制一定質量分數的溶液的步驟進行排序；
（2））①根據滴加鹽酸到圖象中a點和b點時溶液發生的反應以及剩余的反應物分析．
②觀察圖示，當滴加鹽酸到C點時，溶液的pH=7，25g的鹽酸與20g20%的氫氧化鈉溶液恰好完全反應，根據鹽酸與氫氧化鈉的反應，由氫氧化鈉的質量求出所消耗的鹽酸中溶質的質量；再根據溶質質量分數的公式計算該鹽酸的實際質量分數；
（3）根據鹽酸的揮發性分析．
點評：本考點屬于信息給與題，在主要考查了金屬鈉的物理性質和化學性質，以及氧氣、水和二氧化碳與鈉反應的有關性質和反應的類型．還考查了質量守恒定律中，元素的種類反應前后不變，并設計實驗，進行探究，能夠激發學生的探究欲望，綜合性比較強．