Question

8．學習化學后，同學們對課本上“在金屬的活動性順序里，位于前面的金屬能把位于后面的金屬從它們的化合物的溶液中置換出來”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：防止鈉與氧氣反應變質．
（2）實驗一中將鈉投入到硫酸銅溶液中出現的藍色沉淀是Cu（OH）₂（填化學式）．
（3）寫出鈉塊投入水中發生反應的化學方程式：2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑．
（4）實驗二中生成的黑色顆粒是碳，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，理由是反應物中沒有氫元素．
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：白色物質中一定有碳酸鈉．
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，其理由是碳酸鈉溶液也是堿性的；
【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．
為了測定鹽酸實際的質量分數，小明先配制了20%的氫氧化鈉溶液100g，然后在燒杯中加入一定量配好的氫氧化鈉溶液，再逐滴加入該鹽酸，恰好完全反應時測得燒杯內剩余物總量為45g．整個實驗過程用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．

請以此次測定的數據，列式計算該鹽酸的實際質量分數？（寫出完整的計算過程！！！）
（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鹽酸具有揮發性．

Answer 1

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）根據實驗一種將鈉投入到硫酸銅溶液中出現的藍色沉淀是氫氧化銅解答；
（3）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；
（4）①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；
③評價與反思  根據碳酸鈉也顯堿性分析；
【拓展應用】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．

解答 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；氫氧化鈉與硫酸銅溶液反應生成氫氧化銅藍色沉淀；故實驗一種將鈉投入到硫酸銅溶液中出現的藍色沉淀是Cu（OH）₂．
（3）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↑；
（4）①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．
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；
【拓展應用】
設：此鹽酸的質量分數為x
        NaOH+HCl=NaCl+H₂O
           40    36.5
20g×20%    25g×x 
$\frac{40}{20g×20%}=\frac{36.5}{25g×x}$
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．
答案：
【問題討論】
（1）防止鈉與氧氣反應變質，
（2）Cu（OH）₂；
（3）2Na+2H₂O═2NaOH+H₂↑；
（4）碳（或C）；
①反應物中沒有氫元素；      ②碳酸鈉（或Na₂CO₃）；  ③碳酸鈉溶液也是堿性的；      
【拓展應用】此待測鹽酸質量分數為14.6%；
（3）鹽酸具有揮發性．

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．