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3-2 钠的其他常见化合物 碱金属元素
(测试时间:45分钟 满分 100分)
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一、选择题(本题包括10小题,每小题5分,共50分)
1.向由Na2O2、Na2CO3、NaHCO3、NaCl中某几种组成的混合物中加入足量的盐酸,有气体放出,将生成的气体通过足量的NaOH溶液,气体体积减少一部分;将上述混合物在空气中加热,有气体放出。下列判断正确的是 ( )
A.混合物中一定不含Na2CO3、NaCl
B.混合物中一定含有Na2O2、NaHCO3
C.无法确定混合物中是否含有NaHCO3
D.混合物中一定不含Na2O2、NaCl
【答案】B
【解析】向混合物中加入足量的盐酸,有气体放出,该气体可以是氧气或者是二氧化碳中的至少一种,将放出的气体通过过量的NaOH溶液后,气体体积有所减少,说明气体是氧气和二氧化碳的混合物,物质中一定含有过氧化钠,含有碳酸钠、碳酸氢钠中的至少一种,将上述混合物在空气中充分加热,也有气体放出,则可能的混合物组合有:Na2O2、NaHCO3(Na2CO3、NaCl),括号里的物品存在与否并不影响实验。
2.下列关于碱金属的叙述中,不正确的是 ( )
A.钾元素比钠元素的金属性强
B.钾和钠的焰色分别为紫色和黄色
C.碱金属都能和水起反应,生成氢氧化物并放出氢气
D.碱金属的熔点随着电子层数的增加而升高
【答案】D
【解析】A、依据碱金属在周期表中的递变规律分析,从上到下原子半径依次增大,金属性增强,故A正确;B、钾焰色反应隔着钴玻璃显紫色,钠元素焰色反应为黄色,故B正确;C、碱金属是活泼金属和水反应生成氢氧化物和氢气,故C正确;D、碱金属熔点随原子序数增加熔点降低,故D错误;故选D.
3.Na2CO3和NaHCO3是金属钠常见的两种碳酸盐,它们广泛地应用于生产和生活中。下列有关碳酸钠和碳酸氢钠的说法中,不正确的是 ( )
A.NaHCO3能中和胃酸,对胃壁不产生强烈的刺激或腐蚀作用,可用于治疗胃酸过多症,但不适合胃溃疡病人
B.NaHCO3能中和面粉发酵后产生的酸,并且产生二氧化碳气体,可用于做馒头
C.Na2CO3溶液中混有NaHCO3时,用给溶液加热的方法不能除去
D.往Na2CO3饱和溶液中通入CO2气体,可获得NaHCO3沉淀,由此可说明Na2CO3的溶解度比NaHCO3大
【答案】D
【解析】A.NaHCO3能中和胃酸,可用于治疗胃酸过多症,但因与胃酸反应生成CO2气体,则不适合胃溃疡病人同,故A正确;B.NaHCO3能中和面粉发酵后产生的酸,并且产生二氧化碳气体,可用于做馒头,故B正确;C.NaHCO3受热分解生成Na2CO3,Na2CO3溶液中混有NaHCO3时,用给溶液加热的方法不能除去,故C正确;D.往Na2CO3饱和溶液中通入CO2气体,可获得NaHCO3沉淀,但由此无法证明Na2CO3的溶解度比NaHCO3大,故D错误,答案为D。
4.标准状况下,将3.36 L CO2气体通入200 mL 1.00 mol·L-1 NaOH溶液中,充分反应后溶液中c(CO)与c(HCO)的比值为(不考虑CO、HCO的水解) ( )
A.1∶1 B.1∶2 C.2∶1 D.1∶3
【答案】B
【解析】n(CO2)==0.150 mol
n(NaOH)=0.200 L×1.00 mol·L-1=0.200 mol
2NaOH + CO2=== Na2CO3+H2O
0.200 mol 0.100 mol 0.100 mol
此时过量CO2:0.150 mol-0.100 mol=0.050 mol,进一步与Na2CO3反应:
Na2CO3 + CO2 + H2O===2NaHCO3
0.050 mol 0.050 mol 0.100 mol
===。
5.下列实验能成功的是 ( )
①用灼烧法鉴别Na2CO3固体和NaHCO3固体
②用观察法区别Na2O粉末和Na2O2粉末
③用AlCl3溶液鉴别Na2CO3溶液和NaOH溶液
④用澄清石灰水鉴别Na2CO3溶液和NaHCO3溶液
A.全部 B.①②④ C.②③④ D.①②③
【答案】D
【解析】①NaHCO3固体不稳定,受热分解产生气体,而碳酸钠稳定,受热不分解,故用灼烧法鉴别Na2CO3固体和NaHCO3固体,正确;②Na2O粉末是白色固体,Na2O2粉末是淡黄色固体,二者的颜色不同,故用观察法区别Na2O粉末和Na2O2粉末,正确;③AlCl3与Na2CO3相互促进水解生成沉淀和气体,AlCl3与NaOH先生成沉淀后沉淀消失,现象不同,可鉴别;④Na2CO3溶液和NaHCO3溶液均与石灰水反应生成白色沉淀,现象相同,不能鉴别,错误。故正确的是①②③;选项D符合题意。
6.将一定量的Na2O2和NaHCO3混合后,在密闭容器中加热充分反应,排出气体,冷却后有固体物质剩余,下列选项不正确的是 ( )
Na2O2/mol
NaHCO3/mol
气体成分
A
1
2
Na2CO3
B
1.5
2
Na2O2 Na2CO3
C
2
1
Na2CO3、NaOH、Na2O2
D
2
2
NaOH、Na2CO3
【答案】B
【解析】混合物在密闭容器中加热(温度高于100℃),可能发生如下反应:
①2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2,②2Na2O2+2CO2═2Na2CO3+O2,③2Na2O2+2H2O═4NaOH+O2,
④2NaOH+CO2═Na2CO3+H2O,由上述反应,可得总的反应方程式为:
Ⅰ.Na2O2+2NaHCO32Na2CO3+1/2O2↑+H2O↑
Ⅱ.2Na2O2+2NaHCO32Na2CO3+O2↑+2NaOH
A.当x=1/2时,只发生反应Ⅰ,且二者恰好完全反应,此时剩余固体为Na2CO3,气体成分为H2O(g)、O2,故A正确;B.当1/2<x<1时,发生反应Ⅰ、Ⅱ,此时剩余固体为Na2CO3、NaOH,气体成分为H2O(g)、O2,故B错误;C.当x>1时,发生反应Ⅱ,过氧化钠有剩余,此时剩余固体为Na2CO3、NaOH、Na2O2,故C正确;D.当x=1时,发生反应Ⅱ,过氧化钠恰好完全,此时剩余固体为Na2CO3、NaOH,故D正确;故选B。
7.为了检验某含有NaHCO3杂质的Na2CO3样品的纯度,现将w1 g样品加热,其质量变为w2 g,则该样品的纯度(质量分数)是 ( )
A. B.
C. D.
【答案】A
【解析】依据NaHCO3受热分解的化学方程式,结合反应前后固体质量差可列式求解:
2NaHCO3Na2CO3+H2O↑+CO2↑ Δm
2×84 106 18 44 62
m(NaHCO3) (w1-w2)g
求出m(NaHCO3),即可得出结果。
8.某学生用 Na2CO3和 KHCO3 组成的某混合物进行实验,测得如下数据(盐酸的物质的量浓度相等且不考虑HCl的挥发)
实验序号
①
②
③
④
盐酸体积/mL
50
50
50
50
固体质量/g
3.06
6.12
9.18
12.24
生成气体体积/L(标况)
0.672
1.344
1.568
1.344
下列有关的说法中,正确的是 ( )
A.实验②中,混合物过量
B.原混合物样品中 n(Na2CO3)∶n(KHCO3)=1:1
C.盐酸的物质的量浓度为 2 mol·L-1
D.实验④反应后,至少需继续加入 40ml 的该盐酸溶液才能把12.24g 的混合物全部反应
【答案】C
【解析】A、若实验②中混合物全部反应,则产生的气体体积应该是,所以反应中混合物没有过量,A错误;B、实验①中混合物全部反应,设Na2CO3和 KHCO3 的物质的量分别是xmol、ymol,则x+y=0.672÷22.4、106x+100y=3.06,解得x=0.01,y=0.02,则原混合物样品中 n(Na2CO3)∶n(KHCO3)=1:2,B错误;C、根据①③中数据可知在反应③中盐酸不足,其中二氧化碳是0.07mol,碳酸钠是0.03mol,碳酸氢钾是0.06mol,由于碳酸钠首先与盐酸反应,则反应③中消耗盐酸是0.03mol+0.07mol=0.1mol,所以盐酸的浓度是0.1mol÷0.05L=2mol/L,C正确;D、根据以上分析可知反应④中碳酸钠是0.04mol,碳酸氢钾是0.08mol,完全反应需要盐酸是0.04mol×2+0.08mol=0.12mol,盐酸的体积是60ml,所以实验④反应后,至少需继续加入20ml 的该盐酸溶液才能把12.24g 的混合物全部反应,D错误,答案选C。
9.下述对焰色反应实验操作注意事项的说明,正确的是 ( )
①钾的火焰颜色要透过蓝色钴玻璃观察 ②先将铂丝灼烧到与原来火焰的颜色相同,再蘸取被检验的物质 ③每次实验后,要将铂丝用盐酸洗净 ④实验时最好选择本身颜色较浅的火焰 ⑤没有铂丝时,也可以用光洁无锈的铁丝代替
A.仅有③不正确 B.仅有④不正确 C.仅有⑤不正确 D.全正确
【答案】D
【解析】①在观测钾的焰色反应时要透过蓝色钴玻璃片,滤去钠的黄光的干扰,①正确;②取一根洁净的铂丝,放在酒精灯上灼烧至无色,再蘸取被检验的物质,进行焰色反应,②正确;③盐酸易挥发,其盐高温时也易挥发,灼烧时,盐酸及其盐可一起挥发掉,以达洗净的目的,③正确;④洁净的细铁丝,放在酒精灯上灼烧至无色,本身无颜色,故可用铁丝进行焰色反应,④正确;答案选D。
10.将0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3混合并配成溶液,向溶液中滴加0.1 mol·L-1稀盐酸。下列图像能正确表示加入盐酸的体积和生成CO2的物质的量的关系的是 ( )
【答案】C
【解析】0.4 g NaOH和1.06 g Na2CO3的物质的量分别是0.01mol、0.01mol,加入稀盐酸后,HCl先与氢氧化钠反应,则消耗HCl的物质的量是0.01mol,因此稀盐酸的体积是0.01mol÷0.1mol/L=0.1L,然后HCl再与碳酸钠反应生成碳酸氢钠,此时又消耗HCl的物质的量是0.01mol,稀盐酸的体积是0.1L,最后HCl再与0.01mol的碳酸氢钠反应产生二氧化碳气体0.01mol,又消耗稀盐酸0.1L,所以对应的图像是C,答案选C。
二、非选择题(本题包括4小题,共50分)
11.(12分)有A、B、C、D、E、F、G、H、I等全部由短周期元素组成的九种常见物质。
已知:①其中只有B、C、F为单质,且常温常压下,B为固态,C、F为气态;
②化合物中仅A、E为气态;
③在常温下,D为淡黄色固体;
④H的焰色反应呈黄色。
它们的转化关系(反应条件未注明)如图所示:
试回答:
(1)写出下列物质的化学式:
E________,F________,H________,I________。
(2)写出A与D反应的化学方程式: 。
(3)写出B与G反应的化学方程式: 。
【答案】(12分,每空2分)
(1)CO H2 Na2CO3 NaOH
(2)2CO2+2Na2O2===2Na2CO3+O2
(3)C+H2O(g) CO+H2
【解析】本题主要考查学生熟练掌握和灵活运用知识的能力。短周期元素组成的常见气态单质(除稀有气体外)有:H2、O2、N2、F2、Cl2。
由④知H中含有钠元素,且D为淡黄色固体,由反应:A(气态化合物)+D―→H(含Na+的化合物)+C(气态单质)推知:A为CO2,D为Na2O2,H为Na2CO3,C为O2。
由B(固态单质)+C(O2)―→A(CO2)推知B为碳,进而推知E为CO。
由C(O2)与F(气态单质)―→G(氧化物)和置换反应:
G(氧化物)+B(碳)―→E(CO)+F(气态单质)知F为H2,G为H2O,因此I为NaOH。
12.(10分)小苏打、胃舒平、达喜都是常用的中和胃酸的药物。
(1)小苏打片每片含0.50 g NaHCO3,2片小苏打片和胃酸完全中和,被中和的氢离子是________mol。
(2)胃舒平每片含0.245 g Al(OH)3.中和胃酸时,6片小苏打片相当于胃舒平_______片。
(3)达喜的化学成分是铝和镁的碱式盐。
①取该碱式盐3.01 g,加入2.0 mol/L盐酸使其溶解,当加入盐酸42.5 mL时开始产生CO2,加入盐酸至45.0 mL时正好反应完全,计算该碱式盐样品中氢氧根与碳酸根的物质的量之比为__________________。
②在上述碱式盐溶于盐酸后的溶液中加入过量氢氧化钠,过滤,沉淀物进行干燥后重1.74 g,若该碱式盐中氢元素的质量分数为0.040,试推测该碱式盐的化学式为:_______________________。
【答案】(1)0.012 (2分) (2)3.8 (2分)
(3)①n(OH-)∶n(CO)=16∶1(3分) ②Al2Mg6(OH)16CO3·4H2O(3分)
【解析】根据OH-+H+===H2O、CO+2H+===CO2↑+H2O可知OH-与CO的个数比为(42.5-2.5)∶(45-42.5)=16∶1,其物质的量分别为0.08 mol、0.005 mol.镁离子的物质的量为0.03 mol,根据电荷守恒可知铝离子的物质的量为0.01 mol,故可设 物质的化学式为Al2Mg6(OH)16CO3·xH2O,再根据碱式盐中氢的质量分数可得x=4。
13.(16分)某课外活动小组模拟工业制备纯碱,方案如下:
(一)实验原理:向饱和食盐水中通入足量氨气和过量二氧化碳,析出溶解度较小的碳酸氢钠。(1)写出相关离子方程式 。
(二)实验装置:所需实验药品和装置如下图所示:
(三)实验步骤:
(2)组装好装置,然后应该进行的操作是 。
(3)中间的烧瓶中加入20mL饱和食盐水,并将其浸入冰水中;D中加入足量氢氧化钠固体,E中加入足量浓氨水;B中加入足量碳酸钙粉末,A中加入足量稀硫酸于(可分多次加入)。仪器A的名称是 ,选择用稀硫酸而不用稀盐酸的好处是 。
(4)先打开 (填K1或K2),将装置A或E中的试剂慢慢加入圆底烧瓶。大约20分钟左右时,观察到饱和食盐水上方有 现象时,再打开 (填K1或K2),将装置A或E中的试剂慢慢加入圆底烧瓶,大约5分钟即有浑浊出现,约15分钟出现大量白色固体。
(四)纯碱制备:
(5)上述实验结束后,欲得到纯碱,将固体过滤、洗涤后,还需进行的操作是 (不加任何其它试剂,装置任选),反应的化学方程式为 ;若将上述操作产生的气体全部通过浓硫酸,再通过足量的过氧化钠,过氧化钠增重0.28g,则制得的纯碱质量为 g。
【答案】(1)Na++H2O+NH3+CO2===NaHCO3↓+ NH4+(2分)
(2)检查装置气密性(2分)
(3)分液漏斗(1分)盐酸易挥发,CO2混有氯化氢(2分)
(4)K2(1分)大量白雾(2分)K(1分)
(5)加热(1分)2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2(2分)1.06g(2分)
【解析】(1)向饱和食盐水中通入足量氨气和过量二氧化碳,析出溶解度较小的碳酸氢钠。该反应的化学方程式为:NaCl+H2O+NH3+CO2═NaHCO3↓+NH4Cl,离子方程式为:Na++H2O+NH3+CO2===NaHCO3↓+ NH4+。故答案为:Na++H2O+NH3+CO2===NaHCO3↓+ NH4+;
(2)模拟工业制备纯碱:NaCl+H2O+NH3+CO2═NaHCO3↓+NH4Cl,图中装置A、B制取二氧化碳,装置D、E制取氨气,中间的烧瓶两种气体和氯化钠反应都需要不漏气,所以仪器按上图组装好后,首先应该进行的操作是检验装置气密性,故答案为:检验装置的气密性;
(3)根据仪器特点可知A为分液漏斗,二氧化碳为制备纯碱的原料气体,氯化氢能和碳酸钠、碳酸氢钠反应,氯化氢易挥发,用盐酸和碳酸钙制取的二氧化碳中混有氯化氢,影响后续反应,所以用难挥发的硫酸分多次和碳酸钙粉末反应制取二氧化碳,故答案为:分液漏斗;盐酸易挥发,CO2中混入HCl;
(4)因氨气溶解度大,先通入氨气使溶液呈碱性,增大二氧化碳的吸收量,增大碳酸氢根离子的浓度,所以实验过程中先通入氨气,先打开K2,将装置E中的试剂慢慢加入圆底烧瓶,烧瓶中氢氧化钠遇水放热,同时电离出大量OH-离子,使NH3+H2ONH3•H2ONH4++OH-平衡逆向移动,产生氨气,大约20分钟左右时,观察到饱和食盐水上方有大量的白雾时,氨气在氯化钠溶液中已经饱和,所以再打开K1,制取二氧化碳通入二氧化碳反应。故答案为:K2;大量的白雾;K1;
(5)碳酸氢钠受热发生的反应为:2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,浓硫酸具有吸水性,所以浓硫酸增重的质量就是水的质量,再通过足量的过氧化钠,2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,反应本质为:CO+Na2O2=2Na2CO3,固体增重为CO的质量,故过氧化钠增加的质量为2.8g为CO的质量,n(CO)==0.1mol,根据碳原子守恒:n(CO)=n(CO2)=0.1mol,2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2O,n(Na2CO3)=n(CO2)=0.1mol,则制得的纯碱质量为:m(Na2CO3)=nM=0.1mol×106g/mol=10.6g。故答案为:加热(或灼烧);2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑;10.6。
14.(12分)把生石灰、NaHCO3、Na2CO3和NaOH混合物共54.4g,溶于足量水并充分反应后,溶液中Ca2+,CO32-恰好全部转化为沉淀,将反应容器内溶液小心蒸干(不考虑蒸发过程中溶液与CO2的反应)。得到58.0g白色固体。
(1)白色固体的成分是?
(2)则原混合物中Na2CO3的质量是多少?
【答案】(1)CaCO3和NaOH(6分)(2)21.2g(6分)
【解析】设原混合物中Na2CO3的质量为x;可能发生反应的方程式是:CaO+H2O=Ca(OH)2 NaHCO3+Ca(OH)2=CaCO3↓+NaOH+H2O;Na2CO3+ Ca(OH)2=CaCO3↓+2NaOH。将第一个式子与第二个式子相加可得:CaO+ NaHCO3=CaCO3↓+NaOH ;将第一个式子与第三个式子相加可得CaO+H2O+ Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH。可见CaO与NaHCO3反应,不会引起固体质量增加; CaO与Na2CO3反应,由于H2O参加反应,会引起固体质量增加。固体增加的质量等于参加反应的水的质量。故根据CaO+H2O+ Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH可知:n(H2O)=n(Na2CO3),n(H2O)= (58.0g-54.4g)÷18g/mol=0.2mol,则原混合物中含有Na2CO3的物质的量也是0.2mol,其质量是m(Na2CO3)=0.2mol×106g/mol=21.2g;由于溶于足量水并充分反应后,溶液中Ca2+,CO32-恰好全部转化为沉淀,若完全是CaCO3沉淀,则其质量是m(CaCO3)=0.2mol×100g/mol=20g<58.0g,所以其中一定含有NaOH。
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