Question

14．学习化学一年后，同学们对课本上“活动性较强的金属一般可以将位于其后面的金属从它们的盐溶液中置换出来”以及“支持燃烧的气体一般是氧气”这两句话产生了质疑．在老师的帮助下，用金属钠来探究下列问题：
【提出问题】
（1）金属钠能否置换出硫酸铜溶液中的铜？
（2）金属钠能否在其他气体（如：CO₂）中燃烧？
【查阅资料】金属Na性质活泼，常温下，它极易与氧气反应生成白色固体氧化钠，氧化钠溶于水生成氢氧化钠．金属钠还可以与水剧烈反应放出氢气．
【实验探究】
实验一：①在实验室中，金属钠保存在煤油中；
②用镊子从煤油中取出一小块金属钠，用滤纸吸干表面煤油后投入硫酸铜溶液中，观察到溶液中出现蓝色沉淀，但没有红色的物质析出；
③按照步骤②将金属钠投入水中，待反应结束后滴加酚酞溶液，发现溶液变红．
实验二：将燃烧的钠迅速伸入盛有CO₂的集气瓶中，观察到钠在CO₂中继续燃烧，反应后冷却，瓶内附着黑色颗粒，并粘附着白色物质．
【问题讨论】
（1）金属钠保存在煤油中的原因是：防止钠与氧气和水反应变质．
（2）根据上述资料写出钠块投入水中发生反应的化学方程式：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑．钠投入硫酸铜溶液中总的化学反应方程式2Na+2H₂O+CuSO₄=Na₂SO₄+H₂↑+Cu（OH）₂↓．氢氧化铜受热分解成氧化铜和水，若将24.0g剩余固体继续高温加热，发现固体质量减少了2.4g后质量不再改变，写出此过程中可能发生反应的化学方程式4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．
（3）实验二中生成的黑色颗粒是碳，而白色物质可能是什么呢？
①同学们围绕白色物质可能是什么产生如下猜想：甲认为白色物质是氧化钠，乙认为是碳酸钠，丙认为是氧化钠和碳酸钠的混合物，丁认为是氢氧化钠．
我认为丁的猜想是错误的，理由是反应物中没有氢元素．
②对白色物质是什么进行实验再探究，方案设计如下：
方案1：取该样品少量于试管里，加入适量的水，振荡，过滤，向滤液中加入无色酚酞试液，观察到溶液变成红色，结论：白色物质中一定有氧化钠．
方案2：取该样品少量于试管里，滴加足量盐酸，溶液中有气泡冒出，结论：白色物质中一定有碳酸钠．
方案3：取该样品少量于试管里，加入适量的水，振荡，过滤，向滤液中加入过量的B溶液（供选试剂：A．石灰水B．氯化钙溶液 C．硫酸铜溶液，填序号），出现白色沉淀，然后过滤，再向溶液里滴加无色酚酞试液，无明显现象出现．则乙（在甲、乙、丙中选）的猜想成立．
③评价与反思：小娟同学认为实验方案1得出的结论不正确，其理由是碳酸钠溶液也是碱性的；
实验室中的金属钠着火时，你的灭火方法是用沙子覆盖．
【拓展应用】测定实验中使用的标有质量分数为16%的盐酸（图1）的实际质量分数．
（1）为了测定，需配制20%的氢氧化钠溶液100g．配制步骤有：①溶解 ②计算，需氢氧化钠20g ③装瓶并贴标签 ④称取氢氧化钠，量取水80mL（水的密度为1g/mL）．其正确的顺序为②④①③（填序号）．配制氢氧化钠溶液时，需要的玻璃仪器有量筒、烧杯、滴管及玻璃棒．
（2）小明同学在烧杯中加入配得的氢氧化钠溶液20g，再逐滴加入该盐酸．用pH测定仪测定滴加过程中溶液的pH．图2为测定仪打印出的滴加盐酸的质量与溶液pH的关系图．

①a点对应的溶液呈酸性（填“酸性”、“碱性”或“中性”）；b点对应的溶液中的溶质为NaCl、NaOH（写化学式）．
②请以此次测定的数据，计算该盐酸的实际质量分数为14.6%
（3）该盐酸的实际质量分数与标签上标出的质量分数不一致的可能原因盐酸具有挥发性（不考虑误差）．

Answer 1

分析 （1）根据金属钠的化学性质非常活泼，易与氧气和水发生化学反应分析；
（2）金属钠投入硫酸铜溶液中，根据酚酞试液变红及元素守恒的角度分析钠与水反应的产物并写出方程式；剩余固体加热到更高温度固体的质量又会减少，根据氧化铜中所含的两种元素可猜想可能是氧化铜中的氧元素转化为氧气，根据计算会发现氧化铜中氧元素的质量大于固体减少的质量，那么就可能是氧化铜中的部分氧元素转化为氧气；
（3）根据金属钠也能在二氧化碳中燃烧，根据质量守恒定律中化学反应前后元素的种类不变分析黑色固体的成分和白色物质的成分；
方案2：依据滴加足量盐酸，溶液中有气泡冒出，推测白色物质的成分；
方案3：根据加入的试剂与碳酸钠反应出现白色沉淀，然后过滤，再向溶液里滴加无色酚酞试液，无明显现象出现，得出合理的猜想的结论，注意在验证是否有氧化钠时，要注意碳酸钠溶液也显碱性，要用氯化钙溶液排除碳酸钠的干扰；
③评价与反思：根据碳酸钠也显碱性分析；
根据金属钠的性质选择合适的灭火方法；
【拓展应用】（1）利用溶质质量=溶液质量×溶质的质量分数，计算配制溶液所需要的溶质的质量和溶剂的质量；由配制一定质量分数的溶液的步骤进行排序；
（2））①根据滴加盐酸到图象中a点和b点时溶液发生的反应以及剩余的反应物分析．
②观察图示，当滴加盐酸到C点时，溶液的pH=7，25g的盐酸与20g20%的氢氧化钠溶液恰好完全反应，根据盐酸与氢氧化钠的反应，由氢氧化钠的质量求出所消耗的盐酸中溶质的质量；再根据溶质质量分数的公式计算该盐酸的实际质量分数；
（3）根据盐酸的挥发性分析．

解答 解：（1）金属Na性质活泼，常温下极易与氧气反应生成白色固体氧化钠，氧化钠溶于水生成氢氧化钠；金属钠还可以与水剧烈反应放出氢气，因此保存在煤油中．
故答案为：防止钠与氧气和水反应变质；
（2）将金属钠投入水中，待反应结束后滴加酚酞溶液，发现溶液变红，说明产生了碱性的物质，根据反应前后元素的种类不变，因此是氢氧化钠；结合资料提供的还产生氢气，因此氧气还能和水反应生成氢氧化钠和氢气；故答案为：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；
因为钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，反应的化学方程式为：2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑；氢氧化钠溶液和硫酸铜溶液反应生成氢氧化铜沉淀和硫酸钠，反应的化学方程式为：=．故钠投入硫酸铜溶液中总的化学反应方程式2Na+2H₂O+CuSO₄=Na₂SO₄+H₂↑+Cu（OH）₂↓；
氧化铜加热后质量又会减少，应该是氧化铜中的氧元素转化为氧气，24g氧化铜的氧元素的质量=24g×$\frac{16}{80}$×100%=4.8g，大于2.4g，说明是氧化铜中的部分氧元素转化为氧气，所以此过程中可能发生反应的化学方程式4CuO$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cu₂O+O₂↑．
（3）根据质量守恒定律化学反应前后元素的种类不变可知：二氧化碳和金属钠反应生成了黑色的物质应该是碳和白色的物质不可能是氢氧化钠，因为反应物中无氢元素，因此不可能是氢氧化钠；
方案2：因为滴加足量盐酸，溶液中有气泡冒出，可证明有碳酸钠．
方案3：向滤液中加入过量的某试剂后出现白色沉淀，然后过滤，再向溶液里滴加无色酚酞试液，无明显现象，说明该试剂能够和碳酸钠反应产生白色沉淀，且反应后的溶液不显碱性，故不能是石灰水和硫酸铜溶液；也说明了白色固体没有水溶液显碱性的氧化钠；故乙的猜想成立；
③评价与反思  向滤液中加入无色酚酞试液，观察到溶液变成红色，不能说明白色物质中一定有氧化钠，因为碳酸钠也显碱性；
结合钠的性质，实验室中的金属钠着火时，不能用水和二氧化碳等棉花，可以采用的灭火方法是用沙子覆盖，与氧气隔绝；
故答案为：碳；①反应物中没有氢元素； ②碳酸钠；B；乙； ③碳酸钠溶液也是碱性的；用沙子覆盖（其它答案合理也可）；
【拓展应用】（1）配制质量分数为20%的氢氧化钠溶液100g，需要氢氧化钠固体的质量为100g×20%=20g，水的质量为：100g-20g=80g，体积为80ml；配制一定质量分数的溶液的步骤：计算、称量（量取）、溶解、装瓶存放，故顺序为：②④①③；需要用到的仪器有：烧杯、玻璃棒、量筒、胶头滴管、托盘天平，
故答案为：20；80；②④①③；玻璃棒；
（2）①由图示可知，当滴加盐酸到图象中a点时，pH＜7，说明盐酸的量过量，溶液呈现酸性；当滴加盐酸到图象中b点时，pH＞7，说明盐酸的量不足，溶液呈现碱性，部分氢氧化钠参加反应生成了氯化钠，还有剩余的氢氧化钠，所以溶液中的溶质是：NaCl、NaOH；
故答案为：酸；NaCl、NaOH；
②设：此盐酸的质量分数为x．
NaOH+HCl=NaCl+H₂O
40   36.5
20g×20%  25g×x 
则$\frac{40}{20g×20%}=\frac{36.5}{25g×x}$，解得x=14.6%
答：此待测盐酸质量分数为14.6%
（3）盐酸具有挥发性，是导致盐酸溶液溶质质量分数减少的原因；故答案为：盐酸具有挥发性．
故答案为：
【问题讨论】（1）防止钠与氧气反应变质；（2）2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑； （3）碳；①反应物中没有氢元素； ②碳酸钠   B   乙； ③碳酸钠溶液也是碱性的；用沙子覆盖（其它答案合理也可）【拓展应用】（1）20；  80； ②④①③玻璃棒； （2）①酸性  NaCl、NaOH；  ②14.6%；（3）盐酸具有挥发性．

点评 本考点属于信息给与题，在主要考查了金属钠的物理性质和化学性质，以及氧气、水和二氧化碳与钠反应的有关性质和反应的类型．还考查了质量守恒定律中，元素的种类反应前后不变，并设计实验，进行探究，能够激发学生的探究欲望，综合性比较强．