Question

化学小组同学在课外读物中看到：“通常CO₂可作灭火剂，但有些物质（如Na）着火，不能用CO₂熄灭．”他们决定探究CO₂与Na反应的产物．
提出猜想：CO₂与Na反应可能生成4种物质：C、CO、Na₂O、Na₂CO₃．
查阅资料：
①Na是非常活泼的金属，常温下与O₂、H₂O等物质反应．
②碱性的Na₂CO₃溶液与中性的CaCl₂溶液发生复分解反应．
③Na₂O是白色固体，与H₂O反应生成NaOH．
④向氯化钯（PdCl₂）溶液中通入CO，产生黑色沉淀．
实验过程：同学们在老师的指导下设计了如图所示装置（部分夹持仪器已略去）

（1）实验记录

序号	实验操作	主要实验现象	实验结论和解释
①	打开a，关闭b，由长颈漏斗注入稀盐酸	A中产生大量气泡 E中出现浑浊	E中反应的化学方程式为 CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O
②	当E中出现浑浊时，打开b，关闭a，点燃酒精灯	D中Na剧烈燃烧，产生白烟内壁附着黑色、白色固体 G中产生黑色沉淀	反应产物一定有 C 和 CO
③	取D中白色固体于试管中，加水溶解，再加入石灰水	产生白色沉淀	反应产物还有 Na2CO3

（2）实验反思
①实验记录②中，E中出现浑浊，再点燃酒精灯的目的

排尽装置内空气，防止钠与空气中的氧气反应

．
②若无装置C，对实验有影响的物质是

水（或H₂O）

．
③检验第4种反应产物是否存在的实验方案：取D中白色固体于试管中

加水溶解，再加入足量的氯化钙溶液，充分反应后，向上层清液中滴加无色酚酞

．
（3）数据分析：若在实验过程中至少需要8.8g二氧化碳参加反应，则最少需要含杂质20%的石灰石的质量是多少？（写出计算过程）

Answer 1

分析：在质量守恒定律的基础上，对钠在二氧化碳中燃烧反应的生成物进行推测，并结合物质的性质设计实验验证物质的存在．题目涉及实验目的理解、根据要求进行物质检验的实验设计．
题图所示实验操作过程：石灰石和盐酸制得的二氧化碳气体经过B、C装置净化、干燥后，依次通过D、F、G装置，其中装置E可自由控制二氧化碳的通入与否．
装置的作用：装置B净化吸收混有的氯化氢气体；装置C干燥二氧化碳；装置D中发生钠在二氧化碳气体中的燃烧，可通过点燃灯加热来控制；装置E装有澄清石灰水检验二氧化碳，使用开关a控制；装置F盛有氢氧化钠溶液吸收混合气体中的二氧化碳，使用开关b控制；装置G盛有氯化钯溶液，检验气体CO的存在；最后用气球进行尾气收集处理．

解答：解：（1）①打开a关闭b，控制二氧化碳气体进入装置E，二氧化碳通入澄清石灰水，生成不溶于水的碳酸钙，石灰水变浑浊，反应的化学方程式为：CO₂+Ca（OH）₂=CaCO₃↓+H₂O；
②点燃酒精灯使装置D中的燃烧反应开始发生，打开b关闭a，使燃烧后气体依次通过装置F和G．钠与二氧化碳反应的反应物中仅含钠、碳、氧三种元素，由这三种元素组成的物质中呈黑色的只可能是单质碳，即装置D中生成的黑色固体为单质碳．装置G中氯化钯溶液出现黑色沉淀，结合资料④可知混合气体中含有CO；
③钠与二氧化碳反应生成的白色固体物质可能为氧化钠、碳酸钠等，加水溶解并加入石灰水，出现白色沉淀，说明白色固体物质中含有碳酸根，即含有碳酸钠；
（2）①E中出现浑浊，二氧化碳气体通入了装置E，说明了装置内已充满二氧化碳，即装置内的空气全部排出，再点燃酒精灯的目的：排尽装置内空气，防止钠与空气中的氧气反应；
②装置C干燥气体二氧化碳，若无该装置，二氧化碳气体中混有少量的水，资料“①Na是非常活泼的金属，常温下与O₂、H₂O等物质反应”表明水可以与装置D中的金属钠发生反应，对后面的探究实验产生影响；
③前面的探究已说明了猜想中的C、CO和Na₂CO₃的存在，因此，接下来所设计的探究实验就应该是说明白色固体中含有固体物质Na₂O．根据资料“③Na₂O是白色固体，与H₂O反应生成NaOH”可以考虑使用酚酞试液进行检验，但由于Na₂CO₃存在影响，所以先使用资料“②碱性的Na₂CO₃溶液与中性的CaCl₂溶液发生复分解反应”中的氯化钙溶液处理溶液中的Na₂CO₃；
（3）设需要含杂质20%的石灰石的质量是x．
CaCO₃

高温  .

CaO+CO₂↑
100            44
x×80%         8.8g

100

x×80%

=

44

8.8g

x=25g
答：需要含杂质20%的石灰石的质量是25g．
故答案为：加水完全溶解，加入过量CaCl₂溶液至不再产生沉淀，滴加酚酞试液，溶液呈红色．说明白色固体中含Na₂O；
（1）①Ca（OH）₂+CO₂═CaCO₃↓+H₂O； ②C；CO；  ③Na₂CO₃；
（2）①排尽装置内空气，防止钠与空气中的氧气反应；
②水（或H₂O）；
③加水溶解，再加入足量的氯化钙溶液，充分反应后，向上层清液中滴加无色酚酞；
（3）25g．

点评：准确理解实验装置的作用，为明确实验操作和实验目的基础和前提．