《钠的重要化合物的有关计算和综合实验》教案

PAGE能力课时4钠的重要化合物的有关计算和综合实验探究任务1．探究Na2O2与CO2、H2O反应的有关定量关系。2．探究Na2O2、Na2CO3和NaHCO3的综合实验。Na2O2与CO2、H2O反应的定量关系1．反应原理2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2 Ⅰ2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑ Ⅱ2．探究的四个角度(1)分子个数角度无论是CO2或H2O的单一物质还是两者的混合物，通过足量的Na2O2时，生成O2的个数与CO2或H2O的个数之比均为1∶2。(2)电子转移角度当Na2O2与CO2、H2O反应时，每生成1个O2，转移2个电子，且在反应中Na2O2既是氧化剂又是还原剂，CO2、H2O既不是氧化剂又不是还原剂。(3)质量变化角度分析反应Ⅰ和Ⅱ的化学方程式，可得下列关系式：Na2O2eq\o(→,\s\up10(CO2))Na2CO3(组成相当于Na2O2·CO)Na2O2eq\o(→,\s\up10(H2O))2NaOH(组成相当于Na2O2·H2)。①发生反应Ⅰ时，固体增加的质量等于与CO2等个数的CO的质量。②发生反应Ⅱ时，固体增加的质量等于与H2O等个数的H2的质量。(4)反应的先后角度一定量的Na2O2与一定量CO2和H2O(g)的混合物的反应，可视为Na2O2先与CO2反应，待CO2反应完全后，Na2O2再与H2O(g)发生反应。在一密闭容器中有CO、H2、O2共16.5g和足量的Na2O2，用电火花引燃，使其恰好完全反应，Na2O2增重7.5g，则原混合气体中O2的质量分数是()A．54.5%B．40%C．36%D．33.3%A[根据CO2、H2O与Na2O2反应时，固体增重的质量为CO、H2的质量。可知原气体中CO、H2的质量为7.5g，故O2的质量为16.5g－7.5g＝9g，即ω(O2)＝eq\f(9.0g,16.5g)×100%＝54.5%。]当组成满足COmHn时，agCOmHn完全燃烧生成的CO2和H2Og完全被Na2O2吸收时，Na2O2增重ag。1．对于反应：2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，下列说法中正确的是()A．Na2O2是氧化剂，H2O是还原剂B．当2分子H2O参加反应时，生成1分子O2C．当生成1分子O2时，转移的电子数为4D．每有18gH2O与足量Na2O2反应，则固体增重4gB[反应中，Na2O2既是氧化剂又是还原剂，A错误；当生成1分子O2时，转移电子数为2，C错误；当18gH2O参加反应时，固体增重2g，D错误。]2．30g甲醛(HCHO)在足量的O2中充分燃烧，把产生的气体(>100℃)通入足量的Na2O2固体中，完全反应后，Na2O2的质量增加________g。[解析]甲醛的化学式HCHO可以看成是(CO)(H2)，充分燃烧后的气体与足量的Na2O2完全反应，增加的质量与原甲醛的质量相同。[答案]30Na2CO3或NaHCO3的含量测定实验探究制得的碳酸钠样品中往往含有少量NaCl，现欲测定样品中Na2CO3的质量分数，某探究性学习小组分别设计了如下实验方案。(1)方案一：用下图所示方法和步骤进行实验：①操作Ⅰ涉及的实验名称有________、洗涤；操作Ⅱ涉及的实验名称有干燥、________。②该方案测得的样品中Na2CO3质量分数的计算式为__________________。(2)方案二：利用下图所示装置来测定纯碱样品中Na2CO3的质量分数(铁架台、铁夹等在图中均已略去)。实验步骤如下：a．按图连接装置，并检查气密性；b．准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为83.4g；c．准确称得6.0g纯碱样品放入容器Ⅱ中；d．打开分液漏斗Ⅰ的旋塞，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；e．打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为85.6g。①若d、e两步的实验操作太快，则会导致测定结果________(填“偏大”或“偏小”)。②装置A中试剂X应选用________。③E装置的作用是_________________________________________________________________________________________________________________。④根据实验中测得的有关数据，计算纯碱样品中Na2CO3的质量分数为________(结果保留到小数点后一位)。[解析](1)①生成沉淀A，故操作Ⅰ需要涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称重；②经过计算，样品中Na2CO3质量分数的计算式为eq\f(106y,197x)×100%。(2)①反应过快会使产生的CO2气体不能完全被D装置中碱石灰吸收；快速鼓入空气，也会使装置内残留CO2不能被D装置中碱石灰完全吸收，则测得的CO2质量偏小，导致测定结果偏小；②鼓入空气，可把残留在装置B、C中的CO2赶出由D中碱石灰吸收，因为空气中含有CO2，因此应把鼓入空气中的CO2吸收处理，所以装置A应放入NaOH溶液；③如果D装置直接与外界空气相连通，则空气中的H2O和CO2会对测定结果带来影响，所以装置E的作用是防止空气中H2O和CO2进入装置D中；④反应中放出CO2气体的质量＝85.6g－83.4g＝2.2g，设消耗碳酸钠的质量为x，Na2CO3～CO210644x2.2g解得x＝5.3g纯碱样品中Na2CO3的质量分数＝eq\f(5.3g,6.0g)×100%≈88.3%。[答案](1)①过滤称量②eq\f(106y,197x)×100%(2)①偏小②NaOH溶液③防止空气中CO2和水蒸气进入装置D中④88.3%测定Na2CO3含量的三种方法气体法发生反应Na2CO3＋H2SO4=Na2SO4＋H2O＋CO2↑，依据CO2的体积确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的纯度。但要注意CO2中杂质的干扰。沉淀法发生反应Na2CO3＋BaCl2=BaCO3↓＋2NaCl，依据BaCO3沉淀的质量，确定Na2CO3的物质的量，进而确定纯碱中Na2CO3的纯度。加热法2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O，依据失重法确定NaHCO3，进而确定Na2CO3。3．Na2CO3纯度的分析：实验装置如图所示，装置B中盛有10.0g的Na2CO3样品[假设杂质不参加反应，原容器中CO2含量可忽略不计，各装置内反应完全。实验室可供选择的试剂和药品还有锌粒、稀硫酸、CaCO3(s)、蒸馏水]。ABCDE(1)装置A锥形瓶内盛有________，装置A的作用是__________________________________________________________________________________。装置B分液漏斗中装有________。(2)若无装置C，实验结果将________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。装置E的作用是__________________。(3)若实验后，装置D的质量增加3.96g，则该Na2CO3样品的纯度为________。[解析](1)装置A用于制取H2，用的药品是锌粒和稀硫酸，目的是把装置B中产生的CO2都赶到装置D中被碱石灰吸收，使实验数据尽可能准确；装置B中发生的是酸与Na2CO3生成CO2的反应，后面没有除杂装置，所以可用不挥发的稀硫酸。(2)装置C用来吸收CO2中的水蒸气，若无此装置，装置D中的碱石灰不仅会吸收CO2还会吸收水蒸气，使测得的CO2的量偏高，导致Na2CO3的含量偏高；装置E是为了防止空气中的CO2和水蒸气进入装置D中，对实验造成误差。(3)装置D的质量增加3.96g，增加的质量为Na2CO3和稀硫酸反应生成的CO2的质量，根据转化关系知：Na2CO3～CO210644m(Na2CO3)3.96geq\f(106,mNa2CO3)＝eq\f(44,3.96g)，解得m(Na2CO3)＝9.54g，w(Na2CO3)＝eq\f(9.54g,10.0g)×100%＝95.4%。[答案](1)锌粒装置A中生成的H2把装置B中产生的CO2气体都赶到装置D中，使装置B中的CO2气体全部被装置D中的碱石灰吸收稀硫酸(2)偏高防止空气中的水蒸气、CO2等气体进入装置D中，使装置D的质量增加，对实验造成误差(3)95.4%1．索尔维制碱(Na2CO3)法——又称氨碱法2．侯氏制碱法——又称联合制碱法(1)上述制碱过程中，两种方法中的共同原理是什么？写出有关化学方程式。(2)相对于索尔维制碱法，侯氏制碱法做了哪些改进？(3)在饱和食盐水中先通入NH3形成饱和氨的饱和食盐水，而不是先通入足量CO2，其理由是什么？(4)上述两种制碱方法中，循环使用物质分别是什么？[答案](1)NaCl＋NH3＋CO2＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl；2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋CO2↑＋H2O。(2)氨厂和碱厂建在一起，联合生产。由氨厂提供碱厂需要的氨和二氧化碳。母液里的氯化铵用加入食盐的办法使它结晶出来，作为化工产品或化肥。食盐溶液又可以循环使用。(3)NH3易溶于饱和食盐水，形成碱性溶液，增大CO2的吸收量。而CO2在饱和食盐水溶解度很小，不能得到大量的HCOeq\o\al(－,3)，无法使NaHCO3结晶析出。(4)CO2和NH3，CO2和饱和食盐水。通过本情境的素材中纯碱制备方法，了解了Na2CO3生产的发展史，了解生产过程中的化学反应原理，培养了学生“科学探究与创新意识，科学态度与社会责任”的核心素养。1．下列关于钠的氧化物的叙述正确的是()A．Na2O2是白色固体，和冷水反应得到O2和NaOHB．Na2O2与水的反应中，氧化剂是Na2O2，还原剂是水C．Na2O不稳定，能继续被O2氧化生成Na2O2D．Na2O2与水反应时生成2个O2时电子转移的数目为2个C[A中，Na2O2是淡黄色固体；B中，在Na2O2与H2O的反应中，Na2O2既是氧化剂，又是还原剂；D中，Na2O2与水反应生成2个O2时电子转移的数目为4个。]2．过量的NaHCO3与Na2O2混合，在密闭容器中充分加热后，最后排出气体，残留的物质应是()A．Na2O和Na2O2 B．Na2O2和Na2CO3C．Na2CO3 D．Na2OC[题中所给出的两种物质中NaHCO3是过量的，两种混合物在密闭容器中加热所发生的化学反应为2NaHCO3eq\o(=,\s\up10(△))Na2CO3＋H2O＋CO2↑，2Na2O2＋2CO2=2Na2CO3＋O2,2Na2O2＋2H2O=4NaOH＋O2↑，2NaOH＋CO2=Na2CO3＋H2O。因NaHCO3是过量的，又充分加热，有足够的CO2使Na2O2最终全部转化为Na2CO3，过量的NaHCO3也完全分解成Na2CO3，而Na2CO3稳定，受热不易分解，故最后排出产生的气体后，残留的固体是Na2CO3。]3．如图是模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的部分装置。下列操作正确的是()A．a先通入CO2，然后b通入NH3，c中放碱石灰B．b先通入NH3，然后a通入CO2，c中放碱石灰C．a先通入NH3，然后b通入CO2，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉D．b先通入CO2，然后a通入NH3，c中放蘸稀硫酸的脱脂棉C[“侯氏制碱法”的主要反应原理是NaCl＋CO2＋NH3＋H2O=NaHCO3↓＋NH4Cl，由于CO2在H2O中的溶解度较小，而NH3在H2O中的溶解度较大，为防止倒吸，a通入NH3，b通入CO2；为了得到最大量的NaHCO3，应向饱和食盐水中先通入NH3，再通入CO2，否则因CO2在H2O中溶解的量有限，即使通入的NH3很多，得到的NaHCO3也很少。实验中的尾气主要是CO2和NH3，其中NH3对环境影响较大，需要进行吸收处理，NH3是碱性气体，所以c中应盛装酸性物质。综合上述分析，选项C正确。]4．甲同学用如图所示装置来测定含少量NaCl的小苏打固体样品中NaHCO3的质量分数。(1)根据甲同学所用装置，你认为除称量样品的质量外，还需要测定的实验数据有_________________________________________。(2)乙同学认为根据甲同学测得的数据来计算实验结果，结果很可能会偏高。为此，你认为应该如何改进装置？______________。(3)乙同学还提出用D装置替换A装置，D装置中导管a的作用是____________________。但甲同学不赞成，他认为即使操作规范也会造成计算结果偏低，为此，甲同学提出将圆底烧瓶的双孔塞改成三孔塞，在最前面添加E装置，实验结束后缓缓通入一段时间空气，通入空气的目的是______________________，E装置中盛放的试剂的化学式是___________________________________________。(4)为了减小实验误差，在所有装置改进后的实验过程中，稀硫酸应缓慢滴加，如果稀硫酸的滴加速率过快，会导致测得的样品中NaHCO3的质量分数________(填“偏高”或“偏低”)。[解析](1)需要知道NaHCO3加热分解产生的CO2的质量，故还需要测定实验前后C装置的质量。(2)空气中的H2O(g)和CO2也会进入C装置中从而被碱石灰吸收，导致测定结果偏高，为此，可在C装置后再接一个盛有碱石灰的干燥管。(3)当圆底烧瓶内的反应有气体产生时，瓶内压强会比外界大气压略高，分液漏斗中的液体无法顺利流下，用D装置代替A装置，可保证分液漏斗内的液体顺利流下；A装置前面再添加E装置，在反应结束后缓缓通入一段时间空气，可把反应生成的气体全部赶入C装置中从而被碱石灰吸收，达到减小实验误差的目的；E装置中应盛放NaOH溶液，吸收空气中的CO2气体，进一步减小实验误差。(4)若稀硫酸滴加速率过快，产生大量CO2气体，导致CO2被碱石灰吸收不充分而使结果偏低。[答案](1)实验前后C装置的质量(2)在C装置后再接一个盛有碱石灰的干燥管(3)平衡分液漏斗和烧瓶中的气压，便于分液漏斗中的液体顺利流下把反应产生的气体全部赶入C装置中从而被碱石灰吸收NaOH(4)偏低课后训练巩固提升1.根据物质的组成和性质,试推断钠元素在自然界中存在的主要形式是()A.Na B.Na2O C.NaOH D.NaCl答案:D解析:钠很活泼,钠元素在自然界中都以化合物的形式存在;而Na2O与水反应,NaOH能与许多物质如酸性氧化物、盐等反应,因此钠元素在自然界中存在的主要形式不可能是NaOH和Na2O。2.钠的下列性质和钠与水反应时的现象无关的是()A.钠的密度小 B.钠的熔点低C.钠的硬度小 D.钠有强还原性答案:C解析:钠的密度比水的密度小,所以钠浮在水面上;钠与水反应放热,钠的熔点低,所以看到钠熔化成小球;钠有强还原性,所以与水反应剧烈。钠的硬度小与该反应现象无关。3.金属钠露置在空气中,在其表面不可能生成的物质是()A.Na2O B.NaOHC.Na2CO3 D.NaCl答案:D解析:钠在空气中表面变暗被氧化生成Na2O,与水反应生成NaOH,NaOH吸收二氧化碳生成Na2CO3。4.以下说法错误的是()A.钠在常温下就容易被氧化B.钠受热后能够着火燃烧C.钠在空气中缓慢氧化能自燃D.钠在氧气中燃烧更为剧烈答案:C解析:钠在空气中缓慢氧化生成Na2O,Na2O不能自燃。5.实验室中可用于保存少量Na的方法是()A.放在细沙中B.保存在石蜡油中C.直接放置在空气中D.用水液封,保存在广口瓶中答案:B解析:为防止钠与空气中的氧气和水反应,通常将钠保存在煤油或石蜡油中。主要依据有二:不能与钠反应,密度比钠的密度小。6.金属钠是一种活泼金属,除了具有金属的一般性质外,还具有自己的特性。下列关于钠的叙述中正确的是()A.钠是银白色金属,熔点低,硬度大B.钠放置在空气中,会迅速被氧化而生成淡黄色的Na2OC.在氧气中加热时,金属钠剧烈燃烧,发出黄色火焰D.金属钠着火时,可用水灭火答案:C解析:钠可用小刀切割,硬度小,A项错误;钠放置在空气中,被氧化生成白色的Na2O,B项错误;Na能与H2O反应,故钠着火时不能用水灭火,D项错误。7.钠离子的性质是()A.有强还原性 B.有弱还原性C.有碱性 D.比钠原子稳定答案:D解析:钠离子是钠原子失去最外层的1个电子形成的,比钠原子稳定。钠离子最外层已达稳定结构,在反应中不能再失去电子,不再表现还原性。OH-表现碱性,而Na+不表现碱性。8.在盛有食盐水、盐酸、硫酸铜溶液的烧杯中分别投入少量等质量的金属Na,下列有关说法正确的是()A.三个烧杯中一定都会发生:2Na+2H2O2Na++2OH-+H2↑B.钠与硫酸铜溶液反应,有单质铜生成C.三个烧杯中反应的剧烈程度相同D.三个烧杯中生成H2的量相同答案:D解析:少量钠与盐酸反应只发生:2Na+2H+2Na++H2↑,A项错误;钠与硫酸铜溶液反应,首先发生2Na+2H2O2NaOH+H2↑,再发生2NaOH+CuSO4Cu(OH)2↓+Na2SO4,不会生成单质铜,B项错误;钠与水或酸反应,实质都是钠被H+氧化,三种溶液中H+浓度不同,所以反应的剧烈程度不同,C项错误;根据得失电子守恒,相同质量的钠失去电子数相同,生成氢气的量相同,D项正确。9.2.3g金属钠在一定温度的干燥氧气中被氧化后得到3.5g固体,由此可判断其氧化物是()A.只有Na2O B.只有Na2O2C.Na2O和Na2O2 D.无法判断答案:C解析:根据钠原子守恒,如果只生成Na2O,2NaNa2O2×23g62g2.3gm(Na2O)则m(Na2O)=3.1g如果只生成Na2O2,2NaNa2O22×23g78g2.3gm(Na2O2)则m(Na2O2)=3.9g而题中实际得3.5g固体,所以是Na2O和Na2O2的混合物。10.用金属钠制取Na2O,通常采用2NaNO2+6Na4Na2O+N2↑。试说明不用钠在O2中燃烧而用此法制取Na2O的原因。答案:由于金属钠在空气中燃烧时,生成的是过氧化钠而不是氧化钠,所以这种方法不能用。采用2NaNO2+6Na4Na2O+N2↑,由于有N2生成,N2的化学性质稳定,在N2的环境中Na2O不会被继续氧化成Na2O2。选考奠基素养提升1.在加热条件下金属钠可与H2反应生成NaH:2Na+H22NaH①,NaH与水可发生反应:NaH+H2ONaOH+H2↑②。下列有关说法正确的是()A.还原性:Na>NaH>H2B.在反应①中,还原剂是H2C.在反应②中,还原剂是H2OD.在反应②中,NaOH是氧化产物答案:A解析:在反应①中,氢元素化合价降低,H2是氧化剂;在反应②中,NaH中氢元素化合价升高,NaH被氧化,还原剂是NaH;在反应②中,NaOH既不是氧化产物,也不是还原产物。2.下列小实验中,最终没有白色沉淀生成的是()A.在澄清石灰水中通入过量CO2B.将少量Ca(OH)2投入过量NaHCO3溶液中C.将金属钠投入饱和碳酸钠溶液中D.将硫酸钠溶液与氯化钡溶液混合答案:A解析:Ca(OH)2溶液中通入过量CO2,最终得到Ca(HCO3)2溶液,没有白色沉淀;Ca(OH)2与NaHCO3反应生成CaCO3白色沉淀;金属钠投入饱和碳酸钠溶液中,钠与水反应,消耗水,析出碳酸钠白色晶体;硫酸钠溶液与氯化钡溶液混合生成BaSO4白色沉淀。3.已知金属铝能与NaOH溶液反应生成氢气。现用等质量的钠进行下列实验,其中生成氢气最多的是()A.将钠放入足量食盐水中B.将钠用铝箔包好并刺一些小孔,再放入足量的水中C.将钠用铝箔包好,并用塑料袋密封,再放入足量的水中D.将钠放入足量稀盐酸中答案:B解析:将等质量的钠投入食盐水或稀盐酸中,生成的氢气的量相等;将钠用铝箔包好并刺一些小孔,再放入足量的水中,首先是钠与水反应生成NaOH和氢气,然后是铝与NaOH溶液反应生成氢气,B项生成氢气最多。C项中的钠不能与水接触,不反应。4.取一支大试管,加入20mL饱和澄清石灰水(ρ=1.6g·cm-3),再加入5mL煤油(ρ=0.8g·cm-3),静置后缓慢加入绿豆大的钠块(ρ=0.97g·cm-3)。能观察到的现象有()①钠在饱和澄清石灰水层反应并四处游动②有气体产生③澄清石灰水变浑浊④钠在饱和澄清石灰水与煤油的界面处反应并上下跳动⑤钠停留在煤油层不反应⑥钠块最后消失A.①②⑥ B.②③④⑥C.⑤ D.①②③⑥答案:B解析:钠的密度比饱和澄清石灰水的密度小,比煤油的密度大,钠将处于饱和澄清石灰水和煤油的界面处;由于钠与水反应生成H2,H2的逸出对钠产生推动作用,钠在界面处可能上下跳动。由于反应生成NaOH,并放出热量,使得Ca(OH)2的溶解度减小,饱和澄清石灰水中有Ca(OH)2沉淀析出,溶液变浑浊。5.将一小块钠投入下列溶液中时,既能产生气体又会出现白色沉淀的是()A.稀硫酸 B.硫酸铜溶液C.氢氧化钠稀溶液 D.氯化镁溶液答案:D解析:A项,Na与稀硫酸反应产生H2和Na2SO4,无沉淀生成;B项,Na与H2O反应生成的NaOH能继续与CuSO4反应生成蓝色Cu(OH)2沉淀;C项,Na只与水反应产生H2和NaOH;D项,Na与H2O反应生成的NaOH能继续与MgCl2反应生成白色Mg(OH)2沉淀。6.如图所示,在烧杯中盛有100mL蒸馏水,水中悬浮着一个表面光滑、耐热、耐碱的小球(此球稳定在水的中央)。将10g金属钠分多次投入水中,最后使烧杯内的液体恢复到原来的温度。回答下列问题