Question

在隔絕空氣的條件下，某同學(xué)將一塊部分被氧化的鈉塊用一張已除去氧化膜并用針刺一些小孔的鋁箔包好，然后放入盛滿水且倒置于水槽中的容器內(nèi)．待鈉塊反應(yīng)完全后，在容器中僅收集到1.12L氫氣（標(biāo)準(zhǔn)狀況），此時(shí)測(cè)得鋁箔質(zhì)量比反應(yīng)前減少了0.27g，水槽和容器內(nèi)溶液的總體積為2.0L，溶液中NaOH的濃度為0.050mol?L^-1．
（1）寫出該實(shí)驗(yàn)中發(fā)生的所有反應(yīng)的化學(xué)方程式．
（2）試通過計(jì)算確定該鈉塊中鈉元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．
（3）若提供足量的CO₂和氫氧化鈉溶液，欲將上述反應(yīng)后的溶液制成純凈的Na₂CO₃溶液，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟（已知二氧化碳可與偏鋁酸鈉溶液反應(yīng)生成氫氧化鋁沉淀）．

Answer 1

分析：（1）部分被氧化的鈉用除去氧化膜并用針刺一些小孔的鋁箔包好放入水中，氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉，鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉與氫氣，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣；
（2）反應(yīng)的有關(guān)方程式為：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，根據(jù)鋁的質(zhì)量可計(jì)算出鋁與NaOH反應(yīng)生成的氫氣的物質(zhì)的量，根據(jù)氫氣的體積可計(jì)算出與水反應(yīng)的Na的物質(zhì)的量，從電子守恒和Na元素質(zhì)量守恒的角度列式解答；
（3）向溶液中通入過量的二氧化碳，將偏鋁酸根轉(zhuǎn)化為氫氧化鋁沉淀，過濾，向?yàn)V液中加入適量的氫氧化鈉溶液，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉．

解答：解：（1）部分被氧化的鈉用除去氧化膜并用針刺一些小孔的鋁箔包好放入水中，氧化鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉，鈉與水反應(yīng)生成氫氧化鈉與氫氣，鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成偏鋁酸鈉與氫氣，反應(yīng)方程式為：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
答：發(fā)生的方程式為：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑；
（2）解：由反應(yīng)：Na₂O+H₂O=2NaOH，2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑，
則：n（余NaOH）=2.0 L×0.05 mol?L^-1=0.1 mol，
n（H₂）=

1.12L

22.4L/mol

=0.05 mol，
n（Al）=n（NaAlO₂）=

0.27g

27g/mol

=0.01 mol，
由電子守恒知：n（Na）+3n（Al）=2n（H₂）
即：n（Na）+3×0.01 mol=2×0.05 mol，解得：n（Na）=0.07 mol，
由鈉守恒知：n（NaAlO₂）+n（NaOH）=n（Na）+2n（Na₂O）
即：0.01 mol+0.1 mol=0.07 mol+2n（Na₂O），
得：n（Na₂O）=0.02 mol，
w（Na）=

(0.07mol+2×0.02ml)×23g/mol

0.07mol×23g/mol+0.02mol×62g/mol

×100%≈88.8%，
答：該鈉塊中鈉元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為88.8%；
（3）向溶液中通入過量的二氧化碳，直至不再生成白色沉淀為止，過濾除去氫氧化鋁沉淀，向?yàn)V液中加入適量的氫氧化鈉溶液，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉，
答：向溶液中通入過量的二氧化碳，直至不再生成白色沉淀為止，過濾除去氫氧化鋁沉淀，向?yàn)V液中加入適量的氫氧化鈉溶液，將碳酸氫鈉轉(zhuǎn)化為碳酸鈉．

點(diǎn)評(píng)：本題考查混合物的計(jì)算、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)等，難度中等，解題時(shí)注意從守恒的角度計(jì)算．