Question

14．按要求回答下列问题．
（1）把2.3g钠溶于73.8g水后所得溶液中Na⁺与H₂O分子的个数比是1：40．
（2）在甲、乙、丙、丁四个烧杯内分别放入0.1mol的钠、氧化钠、过氧化钠和氢氧化钠，然后各加入100mL水，搅拌，使固体完全溶解，则甲、乙、丙、丁中溶液的质量分数由小到大的顺序是丁＜甲＜乙=丙．（填甲、乙、丙、丁，中间以＜或=连接）
（3）将钠、镁、铝各0.4mol分别放入100mL 1mol/L的盐酸中，同温同压下产生的气体体积比为4：1：1．
（4）将物质的量之比为2：3：4的N₂、O₂、CO₂混合气体通过Na₂O₂后，气体体积变为原体积的8/9（同温同压），这时混合气体中N₂、O₂、CO₂物质的量之比为1：2：1．
（5）从矿物学资料查得，一定条件下自然界存在如下反应：14CuSO₄+5FeS₂+12H₂O═7Cu₂S+5FeSO₄+12H₂SO₄．（已知FeS₂中Fe显+2价）
还原剂是FeS₂（填化学式），Cu₂S是还原产物（选填“还原剂、氧化剂、还原产物、氧化产物或非氧化还原产物”），当有5mol FeS₂发生反应时，有21mol电子转移；1.4mol硫酸铜可以氧化0.2mol的硫．

Answer 1

分析 （1）发生反应：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑，根据n=$\frac{m}{M}$计算Na、水的物质的量，根据方程式计算NaOH物质的量、参加反应水的物质的量，进而计算溶液中水的物质的量，Na⁺与H₂O分子的个数比等于其物质的量之比；
（2）由2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，0.1molNa与NaOH溶于水，溶液中NaOH的物质的量都是0.1mol，而Na与水反应生成氢气，故Na与水反应所得溶液的质量小于NaOH溶于水形成的溶液质量；
由反应：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，可知0.1mol的氧化钠、过氧化钠溶于水，溶液中NaOH都是0.2mol，由差量法可知，过氧化钠溶于水相当于氧化钠溶于水，二者所得溶液质量相等，结合质量分数=$\frac{溶质质量}{溶液质量}$×100%判断；
（3）钠和稀盐酸、水都反应，根据Na计算生成氢气物质的量；Mg、Al不与水反应，镁和铝分别与稀盐酸反应方程式为Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑、2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，0.4molMg、Al完全反应需要盐酸的物质的量分别是0.8mol、1.2mol，实际上n（HCl）=1mol/L×0.1L=0.1mol，所以镁和铝都剩余，根据HCl生成氢气物质的量，相同条件下气体体积之比等于物质的量之比．
（4）发生反应：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂，导致混合气体物质的量减小，设N₂、O₂、CO₂的物质的量分别为2mol、3mol、4mol，则反应后气体总物质的量为9mol×$\frac{8}{9}$=8mol，根据差量法计算反应二氧化碳物质的量、生成氧气物质的量，进而计算反应后混合气体中N₂、O₂、CO₂物质的量之比；
（5）所含元素化合价降低的反应物为氧化剂，氧化剂发生还原反应得到还原产物，所含元素化合价升高的反应物为还原剂，还原剂发生氧化反应得到氧化产物；
反应中Cu元素化合价由CuSO₄中+2价降低为Cu₂S中+1价，FeS₂中S元素的化合价由-1价分别升高到+6价和降低到-2价．

解答 解：（1）n（Na）=$\frac{2.3g}{23g/mol}$=0.1mol，n（H₂O）=$\frac{73.8g}{18g/mol}$=4.1mol
    2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑
    2    2      2
0.1mol 0.1mol 0.1mol
n（Na⁺）=n（NaOH）=0.1mol，反应溶液中水的物质的量为4.1mol-0.1mol=4mol，
所得溶液中Na⁺与H₂O分子的个数比是0.1mol：4mol=1：40，
故答案为：1：40；
（2）由2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，0.1molNa与NaOH溶于水，溶液中NaOH的物质的量都是0.1mol，而Na与水反应生成氢气，故Na与水反应所得溶液的质量小于NaOH溶于水形成的溶液质量，故溶液质量分数：丁＜甲；
由反应：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑，可知0.1mol的氧化钠、过氧化钠溶于水，溶液中NaOH都是0.2mol，由差量法可知，过氧化钠溶于水相当于氧化钠溶于水，二者所得溶液质量相等，二者溶液质量分数：乙=丙，
乙所得NaOH为甲中的2倍，而乙所得溶液质量=100g+0.1mol×62g/mol=106.2g，由方程式可知，甲中生成氢气的物质的量=0.1mol×$\frac{1}{2}$=0.05mol，甲中所得溶液的质量=100g+0.1mol×23g/mol-0.05mol×2g/mol=102.2g，故乙所得溶液质量小于甲所得溶液的2倍，故溶液质量分数：甲＜乙，
故质量分数：丁＜甲＜乙=丙，
故答案为：丁＜甲＜乙=丙；
（3）钠和稀盐酸、水都反应，根据2Na～H₂↑可知，0.4molNa完全反应，生成氢气的物质的量=0.4mol×$\frac{1}{2}$=0.2mol，
Mg、Al不与水反应，镁和铝分别与稀盐酸反应方程式为Mg+2HCl=MgCl₂+H₂↑、2Al+6HCl=2AlCl₃+3H₂↑，0.4molMg、Al完全反应需要盐酸的物质的量分别是0.8mol、1.2mol，实际上n（HCl）=1mol/L×0.1L=0.1mol，所以镁和铝都剩余，所以二者与酸反应生成氢气的量相等，由氢原子守恒，可知生成氢气的量=$\frac{0.1mol}{2}$=0.05mol，所以同温同压下产生的气体的物质的量之比=0.2mol：0.05mol：0.05mol=4：1：1，
故答案为：4：1：1；
（4）设N₂、O₂、CO₂的物质的量分别为2mol、3mol、4mol，则反应后气体总物质的量为9mol×$\frac{8}{9}$=8mol，
2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂ 物质的量减小
       2           1      1
      2mol       1mol   mol-8mol=1mol
反应后混合气体中N₂、O₂、CO₂物质的量之比=2mol：（3+1）mol：（4-2）mol=1：2：1，
故答案为：1：2：1；
（5）在反应中14CuSO₄+5FeS₂+l2H₂O═7Cu₂S+5FeSO₄+12H₂SO₄，Cu元素化合价由CuSO₄中+2价降低为Cu₂S中+1价，Cu元素化合价降低，被还原，CuSO₄为氧化剂，Cu₂S是还原产物，FeS₂中S元素的化合价由-1价分别升高到+6价和降低到-2价，则FeS₂既为氧化剂又为还原剂，Cu₂S是还原产物，
5molFeS₂和14molCuSO₄正好反应，反应过程中Cu得电子：14×1 mol=14 mol，S得电子：7×1 mol=7 mol，S失电子：3×7 mol=21 mol，反应中电子转移了21 mol；1.4mol硫酸铜反应，可以氧化硫元素的物质的量为：$\frac{1.4mol×1}{6-（-1）}$=0.2mol，
故答案为：FeS₂；还原产物；21；0.2．

点评 本题属于拼合型题目，涉及化学方程式计算、过量计算、溶液浓度计算、氧化还原反应基本概念与计算等，侧重考查学生分析计算能力，难度中等．