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新高考化学一轮复习考点巩固练习10 “四角度”认识过氧化钠与水、二氧化碳的反应(解析版)
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过氧化钠是一种淡黄色固体,结构中存在“—O—O—”,具有过氧化物的性质,可以与二氧化碳、水发生反应。由于在反应过程中涉及固体质量、气体体积的变化及产物的判断等问题,再加上试题考查角度灵活多变,题型多样,因此也就成了学习的难点和高考的热点,下面就过氧化钠与水、二氧化碳的反应特点进行剖析,以便使同学们在学习中能够轻松突破该知识点。
角度一:物质的量的关系
过氧化钠在一定条件下可以与二氧化碳、水发生反应,反应的方程式分别为:
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 ① 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ ②
在上述两个反应中,无论是CO2或H2O(g)的单一物质还是二者的混合物,通过足量的Na2O2时,CO2或H2O(g)与放出O2的物质的量之比均为2:1,即气体减小的体积等于相同状况下生成的O2的体积。
角度二:先后顺序关系
由于CO2能够与NaOH反应,所以一定量的Na2O2与H2O(g)、CO2的混合物反应时可视为Na2O2先与CO2生成Na2CO3,剩余的Na2O2再与H2O(g)生成NaOH。
角度三:转移电子关系
当Na2O2与H2O(g)、CO2反应时,每产生1mlO2,转移2ml电子。
即1ml Na2O2与H2O(g)、CO2充分反应时,转移1mle-。
角度四:固体质量关系
过氧化钠在一定条件下可以与二氧化碳、水发生反应,反应的方程式分别为:
2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 ① 2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑ ②
在上述两个反应中,对Na2O2而言,根据原子守恒:
在反应①中Na2O2增加的质量实际上是1mlNa2O2→1ml Na2CO3,即1 ml CO的质量,根据1 ml Na2O2→1 ml CO,固体质量增加28g,其结果可看作:Na2O2+CO=Na2CO3。
在反应②中Na2O2增加的质量实际上是1mlNa2O2→2ml NaOH,即2mlH的质量,根据1ml Na2O2→2 ml H,固体质量增加2g,其结果可看作:Na2O2+H2=2NaOH。
1.CO或H2的燃烧产物CO2或H2O(g)通过Na2O2,可以看成CO或H2直接与Na2O2反应,所以固体质量的增加值就是参加反应的CO或H2的质量。
2.凡是分子组成符合(CO)n·(H2)m形式的一种或几种物质,w g该物质在O2中完全燃烧,将其产物(CO2和H2O(g))通过足量的Na2O2后,Na2O2固体增加的质量必为w g。或者是由C、H、O三种元素组成的物质,只要C、O个数比为1:1,即可满足上述条件。
中学阶段符合这一关系的常见的物质有:
①无机化合物:H2、CO及H2和CO的混合气体。
②有机物:CH3OH、HCHO、CH3COOH、HCOOCH3、CH3CH(OH)COOH(乳酸)、C6H12O6(葡萄糖)等。
【典例精析】
1.取a g某物质在氧气中完全燃烧,将其产物与足量过氧化钠固体完全反应,反应后固体的质量恰好也增加了a g。下列物质中不能满足上述结果的是
A.H2 B.CO C.C6H12O6 D.C12H22O11
【答案】D
【解析】A项和B项中的H2、CO可以看作直接和Na2O2反应,增加的质量等于气体的质量,符合题意。C项中葡萄糖的分子式可写为(CO)6(H2)6,将a g葡萄糖燃烧后的产物与足量过氧化钠反应,反应后固体增加的质量也等于葡萄糖的质量a g, C项正确。D项中物质C12H22O11只能改写成(CO) 11 (C)(H2)11,所以不满足增加a g的结果,D项错误。答案:D
【专题精练】
角度一:物质的量的关系
1.有CO2与水蒸气的混合气体2ml,与足量Na2O2固体充分反应后,固体增重17克,混合气体中CO2与水蒸气的物质的量比是
A.3 :1B.1:l
C.1 :3D.无法计算
【答案】C
【解析】
令混合物中CO2和水蒸气的物质的量分别为为xml,yml,则:
所以x+y=2ml,28x+2y=17g,解得:x=0.5ml,y=1.5ml,混合气体中CO2与水蒸气的物质的量比是0.5:1.5=1:3,故选C。
2.在一密闭容器中有CO、H2和O2共28.5 g,用电火花引燃,使其完全燃烧,再将燃烧后的气体用Na2O2充分吸收,固体增重12.5 g,则原混合气体中O2的物质的量为
A.0.35 mlB.0.45 mlC.0.50 mlD.1.00 ml
【答案】C
【解析】
在一密闭容器中有CO、H2和O2共28.5 g,用电火花引燃,使其完全燃烧,发生反应:2CO+O22CO2,2H2+O22H2O,然后将燃烧产物通过足量Na2O2充分吸收,发生反应:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,Na2O2+2H2O=4NaOH+O2。通过方程式中物质变化可知:CO、H2燃烧消耗的氧气与反应产物与Na2O2反应释放的氧气相等,则固体增加的质量就是混合气体中CO、H2的质量,所以原混合气体中O2的质量为m(O2)=28.5 g-12.5 g=16 g,则O2的物质的量为n(O2)==0.50 ml,故合理选项是C。
角度二:先后顺序关系
3.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( )
【答案】B
4.将m ml的NaHCO3和n ml的Na2O2固体混合物置于密闭容器中加热到250℃,使其充分反应,最终生成的气体和剩余固体混合物均由两种物质组成,试完成下列问题。
⑴最终生成的气体由什么组成?
⑵分析m/n的数值范围及固体成分。
【答案】⑴H2O(g)、O2 ⑵1<m/n<2 Na2CO3、NaOH
【解析】 首先发生反应:,生成的CO2和H2O的物质的量n(CO2)=n(H2O)= m/2 ml。产生的CO2和水蒸气再与过氧化钠反应;当Na2O2与CO2和H2O(g)的混合气体反应时,先与CO2反应,再与H2O(g)反应。即:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2 ①、2Na2O2+2H2O(g)=4NaOH+O2↑ ②。当m/n≥2时,只发生反应①,生成的固体为Na2CO3,生成的气体为O2和H2O(g);当1<m/n<2时,发生反应①和②,但H2O(g)只消耗一部分,最后固体为Na2CO3和NaOH,气体为O2和H2O(g);当1= m/n时,反应①和②恰好完全进行,剩余固体为Na2CO3和NaOH,气体为O2;当m/n<1时,发生反应①和②后,剩余Na2O2,最后剩余固体为Na2O2、Na2CO3和NaOH,气体为O2。题目要求最后生成的气体和残余固体混合物均由两种物质组成,即1<m/n<2,分解生成的CO2气体已全部与Na2O2反应消耗尽, H2O(g)部分消耗,故最后生成气体为H2O(g)和O2。
角度三:转移电子关系
5.下列说法正确的是(NA代表阿伏加德罗常数的值)( )
A.Na2O2是白色固体,能与水反应生成碱NaOH,所以Na2O2是碱性氧化物
B.足量Na2O2和标准状况下11.2 L CO2反应,转移电子数目为NA
C.1 ml Na2O2中含阴离子的个数为2NA
D.Na2O2在空气中久置变白,涉及的氧化还原反应中,Na2O2既是氧化剂,又是还原剂
【答案】D
【解析】
A项,能和酸反应生成盐和水的氧化物是碱性氧化物, Na2O2不是碱性氧化物;B项,足量Na2O2与11.2 L(0.5 ml)CO2反应转移电子数为0.5NA;C项,1 ml Na2O2中含阴离子的个数为NA;D项, Na2O2与CO2、H2O的反应都是Na2O2自身的氧化还原反应,正确。
6.过氧化钠可作为氧气的来源。常温常压下二氧化碳和过氧化钠反应后,若固体质量增加了 28 g,反应中有关物质的物理量正确的是(NA表示阿伏加德罗常数)
【答案】AC
【解析】根据反应:2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2,设有x g过氧化钠参加反应,则:
2Na2O2 +2CO2 =2Na2CO3 +O2 △m
156 88 212 32 212 -156=56
x g 28 g
156g/56g= x g/28,解之得:x=78,即有1 ml CO2参加反应,生成1 ml Na2CO3。
根据反应可知转移的电子数为NA,A、C项正确。常温常压下1 ml CO2的体积不是22.4 L,故B项错误。在反应中有106 g Na2CO3参加反应,转移的电子数为NA,D项错误。答案:AC
角度四:固体质量关系
7.在200℃,将2.1g平均相对分子质量为7.2的CO与H2组成的混合气体与足量的O2充分燃烧后,立即通入足量的Na2O2固体中,固体的质量增加
A.2.1gB.3.6gC.7.2gD.无法确定
【答案】A
【分析】
CO在氧气中完全燃烧生成CO2,CO2和再与Na2O2反应;H2在氧气中完全燃烧,生成H2O,H2O再与Na2O2反应,结合反应的方程式分析解答。
【解析】
CO在氧气中完全燃烧生成CO2,CO2和再与Na2O2反应,方程式为2CO+O22CO2、2CO2+2Na2O2=2Na2CO3+O2,总反应方程式为CO+Na2O2=Na2CO3,可知过氧化钠增重为CO的质量;H2在氧气中完全燃烧,生成H2O,H2O再与Na2O2反应,方程式为2H2+O22H2O、2H2O+2Na2O2=4NaOH+O2,总反应方程式为H2+Na2O2=2NaOH,可知反应后固体质量增加为氢气质量。故由2.1gCO和H2组成的混合物在足量的O2中充分燃烧后,立即通入足量的Na2O2固体,固体质量增加应为CO和H2的质量,即固体增重为2.1g,故选A。
8.200℃时,11.6 g CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2充分反应后固体的质量增加了3.6 g,原混合气体中CO2和水蒸气的质量比
A.4:1B.1:4C.18:11D.11:18
【答案】D
【解析】
CO2和水蒸气的混合气体与足量的Na2O2反应的化学方程式为:2Na2O2+2CO2 =2Na2CO3+O2、2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑,则由反应前后固体质量差可知m(O2)=11.6 g-3.6 g=8 g,其物质的量n(O2)==0.25 ml。假设混合气体中CO2、H2O气的物质的量分别是x、y,则44x+18y=11.6 g;0.5x+0.5y=0.25 ml,解得x=0.1 ml,y=0.4 ml,所以m(CO2)=0.1 ml×44 g/ml=4.4 g;m(H2O)=0.4 ml×18 g/ml=7.2 g,所以m(CO2):m(H2O)=4.4:7.2=11:18,故合理选项是D。
9.某温度下,wg某物质在足量氧气中充分燃烧,其燃烧产物立即与过量的反应,固体质量增加wg。下列物质①;②CO;③CO和的混合物;④甲醛(HCHO);⑤;⑥葡萄糖()中,符合题意的是
A.③④⑤B.①②③C.④⑤D.全部
【答案】D
【分析】
根据可知固体增加的质量等于与等物质的量的CO的质量;根据可知固体增加的质量等于与等物质的量的的质量,据此作答。
【解析】
由分析可知,w g分子组成符合的物质在中完全燃烧,将其产物(和水蒸气)通过足量后,固体增重必为w g。①②③符合;④甲醛分子式为,符合;⑤的分子式为,可改写成,符合;⑥葡萄糖分子式为,可改写成,符合;
D项正确。
选项
n(Na2O2)/ml
n(NaHCO3)/ml
剩余的固体物质
A
1
2
Na2CO3
B
1.5
2
Na2O2、Na2CO3
C
2
1
Na2O2、NaOH、Na2CO3
D
2
2
NaOH、Na2CO3
二氧化碳
碳酸钠
转移的电子
A
1 ml
NA
B
22.4 L
1 ml
C
106 g
1 ml
D
106 g
2NA
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