与钠及其化合物相关的实验 高考化学一轮复习强化提升课学案新人教版

与钠及其化合物相关的实验

　本部分知识在高考考查中更多以选择题的形式考查，考查学生对钠及其化合物性质的了解、实验的基本操作及实验评价，重点考查过氧化钠与水、非金属氧化物(CO2、SO2等)的反应、碳酸钠与酸的反应、碳酸钠质量分数的测定。考查宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等学科素养。

命题角度1：过氧化钠性质探究

【典例1】现有一定量含有Na2O杂质的Na2O2试样，用如图所示实验装置测定Na2O2试样的纯度。(可供选用的反应物只有CaCO3固体、6 mol·L－1盐酸、6 mol·

L－1硫酸和蒸馏水)

回答下列问题：

(1)装置A中液体试剂选用______________________。

(2)装置B的作用是____________________________，

装置E中碱石灰的作用是______________________。

(3)装置D中发生反应的化学方程式为___________________________________。

(4)若开始时测得样品的质量为2.0 g，反应结束后测得气体体积为224 mL(标准状况)，则Na2O2试样的纯度为________。

【解析】(1)A是用来制取二氧化碳的装置，碳酸钙和硫酸反应时，生成的硫酸钙微溶于水，会覆盖在碳酸钙的表面，使反应不能继续进行，所以用盐酸而不用硫酸来反应，故装置A中液体试剂选用6 mol·L－1盐酸。(2)碳酸钙和盐酸反应生成的二氧化碳中含有氯化氢气体，可用饱和碳酸氢钠溶液来除去；装置E中碱石灰的作用是吸收二氧化碳，防止二氧化碳对氧气的体积测量造成干扰。(3)装置D中含有氧化钠和过氧化钠，CO2分别与它们发生反应。(4)根据反应2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2，反应结束后测得气体体积为224 mL(标准状况)，即生成的氧气的物质的量为＝0.01 mol，则过氧化钠的物质的量为

0.02 mol，故试样中过氧化钠的纯度为×100%＝78%。

答案：(1)6 mol·L－1盐酸　(2)除去气体中的HCl　吸收装置D中反应剩余的CO2

(3)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2、Na2O＋CO2===Na2CO3　(4)78%

(1)(科学探究与创新意识)该实验有不严谨之处，你能指出吗？

提示：分液漏斗的盐酸滴入试管中会排出空气进入装置F，造成测得O2的体积偏大。

(2)(科学探究与创新意识)如果撤去装置C，对实验的测定结果是否有影响？说明原因。

提示：没有。撤去装置C，则进入装置D的气体为CO2和水蒸气，都能与Na2O2反应生成O2，且与生成的O2物质的量之比都是2∶1，剩余的水蒸气也能被装置E吸收，也不影响O2的测定。

【归纳总结】过氧化钠性质探究的出发点

(1)Na2O2的强氧化性。

(2)遇KMnO4等强氧化剂时，Na2O2表现出还原性，氧化产物为O2。

(3)遇CO2、H2O、H＋，Na2O2发生自身的氧化还原反应。

命题角度2：碳酸钠制备、性质实验探究

【典例2】化学兴趣小组的同学为测定某Na2CO3和NaCl的固体混合物样品中Na2CO3的质量分数进行了以下实验。请你参与并完成对有关问题的解答：

(1)甲同学用图1所示装置测定CO2的质量。实验时稀硫酸是与样品中的____________(填“Na2CO3”或“NaCl”)发生反应，仪器b的名称是__________，洗气瓶c中盛装的是浓硫酸，此浓硫酸的作用是______________________________

___________________________________________________________________。

(2)乙同学用图2所示装置，取一定质量的样品(m g)和足量稀硫酸反应进行实验，完成样品中Na2CO3质量分数的测定。

①实验前，检查该装置气密性的方法是先打开活塞a，由b注入水至其下端玻璃管中形成一段水柱，再将针筒活塞向内推压，若b下端玻璃管中的_________________________________________________，则装置气密性良好。

②在实验完成时，能直接测得的数据是CO2的______________________________

_______________________________(填“体积”或“质量”)。

(3)丙同学用如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丙同学测得样品中Na2CO3的质量分数为________________________________

______________________________。

【解析】(1)NaCl不与稀硫酸反应，Na2CO3与稀硫酸反应。仪器b的名称是分液漏斗。浓硫酸的作用是除去CO2中的水蒸气(或干燥CO2气体)。

(2)①将针筒活塞向内推压，增大了容器中的压强，故若b下端玻璃管中的液面上升，则装置气密性良好。②CO2是气体，故能直接测得的数据是CO2的体积。

(3)①生成沉淀，故操作Ⅰ涉及过滤操作。要知道固体的质量需要称量。②经过计算，样品中Na2CO3质量分数的计算式为。

答案：(1)Na2CO3　分液漏斗　除去CO2中的水蒸气

(2)①液面上升　②体积

(3)①过滤　称量　②

定量型实验方案的设计

1．测量沉淀质量法：

先将某种成分转化为沉淀，然后过滤、洗涤、干燥后称量沉淀的质量再进行相关计算。

称量固体一般用托盘天平，精确度为0.1 g，但精确度高的实验中可使用分析天平或电子天平，可精确到0.000 1 g。

2．测量气体体积法：

(1)量气装置的设计。

下列装置中，A是常规的量气装置，B、C、D是改进后的装置。

(2)读数时先要将其恢复室温后，再调整量气装置使两侧液面相平，最后读数要求视线与凹液面最低点相平。

3．测量气体质量法：

一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量减小值；另一种方法是称吸收装置前后的质量增大值。

4．滴定法：

即利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原反应滴定等获得相应数据后再进行相关计算。

1．(过氧化钠性质探究)某课外活动小组设计如图实验装置，验证“二氧化碳与水接触时才能和过氧化钠反应”。

(1)过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式是_____________________________，

该反应中，反应物的总能量________(填“大于”或“小于”)生成物的总能量。

(2)装置Ⅰ中的试剂是________(填字母)。

a．稀盐酸　　b．稀硫酸　　c．小苏打　　d．石灰石

(3)实验时，应先打开弹簧夹________(填“K1”或“K2”)，观察到预期现象后，关闭它，再打开另一个弹簧夹。

(4)实验过程中将带火星的木条置于a口，观察到带火星的木条始终不复燃。

①为观察到最终木条复燃，甲建议在Ⅲ后安装一个盛有碱石灰的干燥管，目的是______________________；

②乙认为即使采纳甲的建议且最终观察到木条复燃，也不能证明CO2参与了反应，原因是__________________________________________________________。

(5)为进一步达到实验目的，应补充的实验是取最终反应后Ⅲ中所得固体，________________________________。

【解析】(1)此反应是放热反应。(2)依据实验目的，需要干燥CO2，所以装置Ⅰ是制取CO2的装置，因为盐酸易挥发出HCl，所以应选择稀硫酸、小苏打。(3)先通干燥CO2，然后再通湿润CO2进行对比。(5)证明反应后固体中含有CO。

答案：(1)2Na2O2＋2CO2===2Na2CO3＋O2　大于

(2)bc　(3)K2　(4)①除去未充分反应的CO2　②水与Na2O2反应生成O2　(5)加入稀盐酸，将产生的气体通入澄清石灰水中(答案合理即可)

2．(碳酸钠制备、性质实验探究)为测定NaOH、Na2CO3混合物中Na2CO3的质量分数，甲同学拟采用图(1)所示装置来测定。乙同学拟采用图(2)所示装置来测定。

请回答下列问题：

(1)甲同学用图(1)装置来测定，在没有放样品前，检查该装置气密性的方法之一是从酸式滴定管向烧瓶中加入一定量的水，观察到_________________________

_______________________________________________________________现象，

证明此装置不漏气。实验时称得样品的质量为m g，酸式滴定管的起始读数为

a mL，终了读数为b mL，注射器测定排出的气体为c mL(已折算成标准状况)，该样品中Na2CO3的质量分数为(用含a、b、c、m的代数式表示)________________________。

(2)本实验选用稀硫酸而未选用稀盐酸的原因是____________________________

___________________________________________________________________。

(3)乙同学观察了甲同学的实验后很受启发，并发现自己的图(2)原实验设计方案会造成误差。其原因之一可能是CO2在水中溶解度较大，引起测量气体体积减小。丙同学经思考后。建议乙同学将图(2)中某部分稍作改进，就可避免此种误差，写出你的改进方案________________________________________________

___________________________________________________________________。

(4)丁同学提出将图(2)装置中量气装置去掉，只用反应装置和天平也能较准确地测出样品中Na2CO3的质量分数，请你分析丁同学方案中，除了测定样品的质量，还需测定的另两个数据是__________________、__________________。

(5)还可以用其他实验方法测定试样中纯碱的质量分数，请简述一种与上述各方法不同的实验方法____________________。

【解析】(1)向烧瓶中滴加水，会把空气排到注射器中，进去空气体积与滴加的水体积应相等，说明装置的气密性良好，否则气密性不好，溶液的体积等于排出空气的体积，即V(CO2)＝[c－(b－a)] mL，则n(CO2)＝ mol，根据碳元素守恒n(Na2CO3)＝n(CO2)＝ mol，其质量分数为×100%＝%。

(2)盐酸容易挥发出氯化氢气体，而硫酸不易挥发，减少误差。(3)产生误差的原因可能是CO2在水中溶解度较大，引起测量气体的体积减小，改进方案减少CO2的溶解，需要把水换成饱和碳酸氢钠溶液，或者在水表面加少量油或苯，来减少CO2的溶解。(4)Na2CO3＋H2SO4===Na2SO4＋CO2↑＋H2O，利用反应前后的质量差进行计算，因此还需要测的数据为反应前装有药品的整个装置的质量、反应后整个装置的质量。(5)上述方法是测CO2的体积，称量一定量的样品配成溶液，向溶液中加入过量的BaCl2溶液，对沉淀过滤、洗涤、烘干、称量，由沉淀质量计算出碳酸钠的质量，最后计算出Na2CO3的质量分数。

答案：(1)注射器增大的体积与加入水的体积相等

%

(2)盐酸容易挥发出氯化氢气体，而硫酸不易挥发，减少误差

(3)将水换成饱和NaHCO3溶液，或在贮水瓶中的水面上加一层植物油都可防止CO2溶于水

(4)反应前装有药品的整个装置的质量　反应后整个装置的质量

(5)称量一定质量的样品配成溶液，加入足量的BaCl2溶液后得到沉淀，将沉淀进行过滤、洗涤、干燥、冷却、称量。由沉淀(BaCO3)质量计算出Na2CO3的质量，最后计算出Na2CO3的质量分数

3．某小组设计如图所示装置(夹持装置略去)，在实验室模拟侯氏制碱工艺中NaHCO3的制备。下列说法不正确的是(　　)

A.③、⑤中可分别盛放饱和食盐水和浓氨水

B.应先向③中通入足量NH3，再通入足量CO2

C.③中反应的离子方程式为NH3＋CO2＋H2O===NH＋HCO

D.装置①也可用于制H2

【解析】选C。本实验利用浓氨水与碱石灰混合制取氨气，所以装置⑤中盛装浓氨水，装置③中盛装饱和食盐水，A项正确；先通入足量氨气，再通入足量CO2有利于NaHCO3的生成和析出，B项正确；③中反应的离子方程式为NH3＋CO2＋

Na＋＋H2O===NaHCO3↓＋NH，C项错误；装置①适合块状不溶于水的固体和液体反应，可以用其制取氢气，D项正确。

4．CO2与SO2都是酸性氧化物，具有一定的相似性。Na2O2和CO2能反应，某化学兴趣小组的同学据此认为Na2O2和SO2也能反应，为此设计了如下实验装置来验证Na2O2和SO2反应的产物。

如图安装仪器，检查装置气密性后添加药品并滴入适量浓硫酸。回答下列问题：

(1)点燃A处酒精灯，不久可观察到烧瓶中产生大量气体，写出反应的化学方程式_________________________________________________________________；

C处玻璃管管壁发热，管内药品的颜色变化是______________________________

___________________________________________________________________。

(2)在反应过程中如何用较简便的操作证明反应产生了O2？__________________

___________________________________________________________________。

(3)F处用排水法收集气体，由什么现象可证明收集的气体中已不含SO2？___________________________________________________________________。

(4)待反应结束后，取C处玻璃管内的少量固体装入试管中，加水溶解时未产生气体，则如何证明产物中有Na2SO3？_____________________________________

___________________________________________________________________。

(5)待反应结束后，取C处玻璃管内的少量固体装入试管中，加入足量的盐酸，再加入氯化钡溶液，发现有白色沉淀生成，试分析产生沉淀的原因：___________________________________________________________________

___________________________________________________________________。

(6)有的同学认为：若将装置末端的烧杯换成量筒(或量气管)，则可通过测定排水的体积来测定Na2O2药品的纯度。试判断该方案是否可行：________(填“是”或“否”)，原因是_________________________________________________________

___________________________________________________________________。

【解析】SO2与CO2有相似性，也有差异性。SO2有较强的还原性，CO2则没有还原性。Na2O2有强氧化性，因此Na2O2会将SO2氧化成Na2SO4。

(1)Cu与浓硫酸反应生成CuSO4、SO2和H2O，产生的SO2进入C中与Na2O2反应生成Na2SO3，颜色由淡黄色变为白色。

(2)可用带火星的木条检验O2，木条复燃证明产生O2。

(3)SO2能使品红溶液褪色，当E处不褪色时，说明O2中不含SO2。

(4)Na2SO3与强酸反应生成SO2气体，可利用此反应验证Na2SO3的存在。

(5)Na2O2具有强氧化性，可将Na2SO3氧化为Na2SO4。

(6)Na2O2与SO2可直接反应生成Na2SO4，此时不产生O2使测定结果偏小。

答案：(1)Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O　由淡黄色变成白色

(2)打开D装置b处橡皮塞，插入带火星的木条，如果木条复燃，说明产生了O2

(3)E处的品红不褪色，说明氧气中不含有二氧化硫

(4)向该溶液中加入稀盐酸，有气体产生

(5)过氧化钠有氧化性，反应过程中有部分亚硫酸钠被氧化成硫酸钠，与加入的氯化钡反应产生难溶于酸的沉淀

(6)否　可能存在部分SO2与Na2O2反应生成Na2SO4而无O2产生

5．某同学利用如图装置，测定NaHCO3与稀硫酸反应生成气体的体积。

(1)组装好仪器后，首先进行的操作为____________。

(2)导管g的作用为_____________________________________________________

___________________________________________________________________。

(3)为了减小实验误差，B、C中最好用________溶液代替水。

A．饱和Na2CO3溶液

B．饱和NaHCO3溶液

C．饱和食盐水

(4)待反应结束，气体冷却至室温后，利用图示装置读取气体体积时，应注意的事项如下：

①_________________________________________________________________。

②_________________________________________________________________。

【解析】(1)连接好仪器后在实验前要检查装置气密性，否则可能导致实验失败；

(2)导管g的作用是平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压，使液体顺利流下，否则稀硫酸不易流下；滴入锥形瓶的稀硫酸体积等于进入分液漏斗的气体体积，从而消除由于加入稀硫酸引起的体积误差，而使测量更准确；

(3)二氧化碳能溶于水，但难溶于饱和碳酸氢钠溶液，从而减少误差，所以可以用饱和碳酸氢钠代替水；CO2能与Na2CO3溶液反应。

(4)读数时，B、C两管液面相平、视线与液面最低处相平，否则易产生误差，导致计算结果有误差。

答案：(1)检查装置气密性

(2)平衡分液漏斗与锥形瓶内的气压，使液体顺利流下

(3)B

(4)①读数时应上下移动C管，使B、C两管液面相平　②视线与液面最低处相平

6．(过氧化钙性质探究)(2021·广州模拟)过氧化钙(CaO2)常用作种子及谷物的无毒性消毒剂，常温下为白色的固体，微溶于水，且不溶于乙醇、乙醚和碱性溶液，但溶于酸。

某实验小组拟探究CaO2的性质及其实验室制法。

(1)实验探究CaO2与酸的反应。

①CaO2与盐酸反应的化学方程式为______________________________________

___________________________________________________________________。

②加入石蕊试液后溶液褪色可能是因为溶液a中存在较多的________________。

(2)用如图所示装置制备过氧化钙，其反应原理为Ca＋O2CaO2。

①请选择实验所需要的装置，按气流方向连接的顺序为__________________(填仪器接口的字母，上述装置可不选用也可重复使用)。

②根据完整的实验装置进行实验，实验步骤如下：Ⅰ.检验装置的气密性后，装入药品；Ⅱ.打开分液漏斗活塞，通入气体一段时间，加热药品；Ⅲ.反应结束后，应先____________(填操作ⅰ或ⅱ)；Ⅳ.拆除装置，取出产物。

ⅰ.熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温

ⅱ.停止通入氧气，并关闭分液漏斗的活塞

(3)利用反应：Ca2＋＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O↓＋2NH在碱性环境下制取CaO2的装置如图所示。

①装置A中试管内发生反应的化学方程式为______________________________

___________________________________________________________________。

②装置C采用冰水浴控制温度在0 ℃左右，可能的原因主要有

Ⅰ.该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO2·8H2O的产率。

Ⅱ.______________________。

(4)反应结束后，经过滤、洗涤、低温烘干可获得CaO2·8H2O。

①洗涤时采用95%的酒精洗涤剂的优点是_______________________________。

②检验晶体已洗涤干净的方法为_______________________________________。

【解析】(1)①产生能使带火星木条复燃的气体为氧气，反应还生成氯化钙与水，反应方程式为2CaO2＋4HCl===2CaCl2＋2H2O＋O2↑；②加入石蕊后溶液褪色可能是因为溶液a中存在较多的H2O2，具有强氧化性，使溶液红色褪去；(2)①锥形瓶内利用二氧化锰作催化剂分解过氧化氢生成氧气，用浓硫酸干燥，然后氧气与钙反应生成CaO2，气流方向连接的顺序为d→e→f→b→c→e(或d→e→f→c→b→e)；②实验结束，熄灭酒精灯，待反应管冷却至室温，停止通入氧气，并关闭分液漏斗的活塞，选ⅰ；(3)①反应物是氢氧化钙和氯化铵反应生成氯化钙、氨气和水，所以方程式是Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O；

②装置C采用冰水浴控制温度在0 ℃左右，可能的原因主要有温度高时过氧化氢容易分解生成水和氧气；

(4)①过氧化钙晶体( CaO2·yH2O)，难溶于酒精，所以洗涤时采用95%的酒精溶液洗涤剂的优点是易于干燥，减少晶体损失；

②如果晶体洗涤不干净，会混有氯化铵，即含有氯离子，所以加入硝酸银如果有白色沉淀产生，说明没有洗干净，如果没有现象，说明洗干净了。

答案：(1)①2CaO2＋4HCl===2CaCl2＋2H2O＋O2↑　②H2O2

(2)①d→e→f→b→c→e(或d→e→f→c→b→e)　②ⅰ(3)①Ca(OH)2＋2NH4ClCaCl2＋2NH3↑＋2H2O　②防止过氧化氢分解　(4)①便于干燥，减少晶体损失　②取最后一次洗涤液于试管中，先加硝酸，再加硝酸银，若无沉淀产生，说明洗涤干净；反之，则没有洗涤干净