堿金屬知識(shí)總結(jié)(2)
堿金屬知識(shí)總結(jié)
例6 現(xiàn)有一定量含有Na2O雜質(zhì)的Na2O2試樣，選用適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)裝置，設(shè)計(jì)一個(gè)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)，測(cè)定Na2O2試樣的純度(可供選用的反應(yīng)物只有CaCO3固體、6mol/L鹽酸和蒸餾水)。(1994全國(guó)高考題)
請(qǐng)?zhí)顚?xiě)下列空白:
(1)寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)中Na2O2和Na2O分別發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式_____________________。
(2)應(yīng)選用的裝置是_____________________________________。
(3)所選用裝置的連接順序應(yīng)是(填各接口的字母;連接膠管省略)________________________。
思路分析：由于Na2O2和水反應(yīng)放出O2，而Na2O與水反應(yīng)不放出氣體，所以最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)O2的量計(jì)算Na2O2的量，由于試樣的量一定，即可求出Na2O2的純度。
答案：方法1：(1)2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ Na2O+H2O=2NaOH (2)(G)接(A)(B)接(F)
方法2：(1)2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 Na2O+CO2=Na2CO3 (3)(G)接(D)(C)接(H)(I)[或(I)(H)]接(J)(K)〔或(K)(J)〕接(A)(B)接(F)
方法要領(lǐng)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)確定混合體系中某一物質(zhì)的純度，一般步驟是：
(1)斷題：
a.稱(chēng)量
課題 (加入某物質(zhì)或加熱)b.生成沉淀
c.生成氣體
通過(guò)稱(chēng)量混合物增重或減輕值可確定純度;通過(guò)過(guò)濾、洗滌、烘干、稱(chēng)重可確認(rèn)純度;通過(guò)生成氣體壓水測(cè)氣體體積亦可確認(rèn)某物質(zhì)的純度。如確認(rèn)Na2CO3和 NaHCO3混合物中Na2CO3的純度用a;確認(rèn)NaCl和BaCl2中NaCl純度可用b;Na2O2和Na2O中Na2O2的純度用c。
(2)框圖分析(以Na2O2和Na2O混合物為例)
①首先應(yīng)明確設(shè)計(jì)最佳實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)：Ⅰ.原理正確;Ⅱ.現(xiàn)象明顯;Ⅲ.操作簡(jiǎn)單;Ⅳ.儀器藥品易得;Ⅴ.安全可靠
?、贜a2O2和Na2O 產(chǎn)生氣體(壓水測(cè)氣體體積)
若選CO2與Na2O2反應(yīng)，則CO2尚需制備;若選鹽酸與Na2O2直接反應(yīng)，則生成H2O2在酸性條件下分解速率沒(méi)有在堿性條件下分解速率快，故選擇水直接和混合物反應(yīng)產(chǎn)生O2，氣體壓出水測(cè)出O2的體積，從而可計(jì)算Na2O2的純度，此法最簡(jiǎn)單，符合題意。
(3)此類(lèi)題目解題模式的構(gòu)建
?、偎季S的總過(guò)程：
啟動(dòng)→發(fā)散→收斂→共識(shí)
明確問(wèn)題→途徑→核心→模式
?、谀Ｊ?/p>
思路的設(shè)計(jì)→優(yōu)選方案→分析比較→操作程序→歸納總結(jié)
例7 將70g過(guò)氧化鈉和氧化鈉的混合物跟98g水充分反應(yīng)后，所得的氫氧化鈉溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。試分別寫(xiě)出過(guò)氧化鈉和氧化鈉跟水反應(yīng)的化學(xué)方程式，并計(jì)算混合物中過(guò)氧化鈉和氧化鈉的質(zhì)量各為多少g?
思路分析：設(shè)混合物中Na2O2物質(zhì)的量為x，Na2O物質(zhì)的量為y，則有：
2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ Na2O+H2O=2NaOH
x 2x x/2 y 2y
78g/mol x+62g/mol y=70g
根據(jù)題意得方程組：
解得：x=0.5mol y=0.5mol
則：m(Na2O2)=0.5mol×78g/mol=39g m(Na2O)=0.5mol×62g/mol=31g
答案：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑、Na2O+H2O=2NaOH;Na2O2：39g、Na2O：31g
一題多解：上述反應(yīng)式知，Na2O2與H2O反應(yīng)Na2O2中既是氧化劑又是還原劑，產(chǎn)生的O2來(lái)自Na2O2，相當(dāng)于2Na2O2=2Na2O+O2↑;若設(shè)Na2O2的物質(zhì)的量X，則混合物與H2O反應(yīng)可理解為將(70-16X)g Na2O與H2O作用。
根據(jù)題意，由鈉離子守恒：
得：X=0.5mol。(以下略)
例8 某天然堿(純凈物)可看作由CO2和NaOH反應(yīng)后的產(chǎn)物所組成。稱(chēng)取天然堿樣品四份，溶于水后，分別逐滴加入相同濃度的鹽酸溶液30mL，產(chǎn)生CO2的體積(標(biāo)準(zhǔn)狀況)如下表：(2000年上海高考題)
Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
鹽酸液的體積(mL) 30 30 30 30
樣品(g) 3.32 4.15 5.81 7.47
二氧化碳的體積(mL) 672 840 896 672
(1)由第Ⅰ組數(shù)據(jù)中的CO2體積與樣品質(zhì)量之比，可以推測(cè)用2.49 g樣品進(jìn)行同樣的實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生CO2_________mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。
(2)另取3.32g天然堿樣品于300℃加熱分解至完全(300℃時(shí)Na2CO3不分解)，產(chǎn)生CO2112mL(標(biāo)準(zhǔn)狀況)和水0.45g，計(jì)算并確定該天然堿的化學(xué)式。
(3)已知Na2CO3和HCl(aq)的反應(yīng)分下列兩步進(jìn)行：
Na2CO3+HCl→NaCl+NaHCO3 Na2CO3+HCl→NaCl+CO2↑+H2O
由上表中第Ⅳ組數(shù)據(jù)可以確定所用的HCL(aq)的濃度為 mol/L。
(4)依據(jù)上表所列數(shù)據(jù)以及天然堿的化學(xué)式，討論并確定上述實(shí)驗(yàn)中CO2(標(biāo)準(zhǔn)狀況)體積V(mL)與樣品質(zhì)量W(g)之間的關(guān)系式。
思路分析：試題以天然堿的組成及碳酸鹽的性質(zhì)為依托，構(gòu)筑一道有層次、有深度且思維容量較大的計(jì)算題。對(duì)信息的理解能力、對(duì)數(shù)據(jù)的觀察和處理能力是解答本題的關(guān)鍵。
(1)(672 mL/3.32 g)×2.49 g=504 mL。
(2)由題意可知，天然堿含NaHCO3、Na2CO3。
n(NaHCO3)=2n(CO2)=2×(112/22400)mol=0.01mol n(Na2CO3)=(672/22400)mol-0.01mol=0.02mol n(H2O)=[(0.45g-(112/22400)mol×18mol)/18mol=0.02mol
所以天然堿組成為2Na2CO3.NaHCO3.2H2O(式量332)。
(3)7.47 g樣品中：n(Na2CO3)=(7.47 g/332 g.mol-1)×2=0.045 mol，則：
Na2CO3完全生成NaHCO3消耗HCl：0.045 mol;生成672mLCO2消耗HCl：672 mL/22400 mL.mol-1=0.03 mol。故c(HCl)=(0.045 mol+0.03 mol)/0.030 L=0.025 mol/L。
(4)30ml鹽酸中n(HCl)=0.075mol，設(shè)樣品與HCl反應(yīng)全轉(zhuǎn)化為NaCl，由：
2Na2CO3.NaHCO3+5HCl=5NaCl+3CO2↑+3H2O知：需樣品質(zhì)量：(0.075 mol/5)×332 g/mol=4.98 g
設(shè)樣品中Na2CO3與HCl反應(yīng)完全轉(zhuǎn)化為NaHCO3(無(wú)CO2氣體放出)，由：
(2Na2CO3.NaHCO3)+2HCl=2NaCl+3NaHCO3知：需樣品質(zhì)量：(0.075mol/2)×332 g/mol=12.45g
討論：①0
②4.98≤W≤12.45，Na2CO3 轉(zhuǎn)化NaHCO3消耗n(HCl)=(W g/332 g.mol-1)×2;剩余n(HCl)= 0.075 mol-(W g/332 g.mol-1)×2，生成CO2物質(zhì)的量等于剩余HCl物質(zhì)的量，故V(CO2)=[0.075mol-(W g/332 g.mol-1×2)]×22400 mL/mol=(1860mL-134.9W) mL
?、踂≤12.45，HCl全部用于使Na2CO3轉(zhuǎn)化NaHCO3，故V(CO2)=0。
答案：(1)504 (2)2Na2CO3•NaHCO3•2H2O (3)2.5 (4)①0
方法要領(lǐng)：本題是有關(guān)NaHCO3和 Na2CO3混合物系列計(jì)算，主要考查運(yùn)用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定量分析問(wèn)題的能力，其難點(diǎn)主要是在第(4)小題的討論上，關(guān)鍵是抓住鹽酸的量是一個(gè)定值，即 2.5mol/L×30×10-3L=0.075mol，由此依據(jù)NaHCO3、Na2CO3與鹽酸的反應(yīng)式求得樣品在不同情況下的用量，從而確定W的取值范圍。
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