备考2024届高考化学一轮复习强化训练第三章金属及其化合物第1讲钠及其重要化合物

第1讲钠及其重要化合物1.[类比思想]下列“类比”合理的是（　C　）A.Na与H2O反应生成NaOH和H2，则Fe与H2O反应生成Fe（OH）3和H2B.NaClO溶液与CO2反应生成NaHCO3和HClO，则NaClO溶液与SO2反应生成NaHSO3和HClOC.Na3N与盐酸反应生成NaCl和NH4Cl，则Mg3N2与盐酸反应生成MgCl2和NH4ClD.NaOH溶液与少量AgNO3溶液反应生成Ag2O和NaNO3，则氨水与少量AgNO3溶液反应生成Ag2O和NH4NO3解析　铁与水蒸气反应生成Fe3O4和H2，A不正确；HClO具有强氧化性，会将NaHSO3氧化，B不正确；氮化钠与氮化镁水解均生成相应的碱和氨气，再与盐酸反应生成盐，C正确；NaOH与AgNO3反应先生成AgOH，AgOH不稳定，生成Ag2O，氨水与少量硝酸银溶液反应先生成AgOH，而AgOH能溶于过量的氨水中，生成Ag（NH3）2OH，D不正确。2.[模块融合][2021江苏]室温下，通过下列实验探究NaHCO3、Na2CO3溶液的性质。实验1：用pH试纸测量0.1mol·L－1NaHCO3溶液的pH，测得pH约为8实验2：将0.1mol·L－1NaHCO3溶液与0.1mol·L－1CaCl2溶液等体积混合，产生白色沉淀实验3：向0.1mol·L－1Na2CO3溶液中通入CO2，溶液pH从12下降到约为9实验4：向0.1mol·L－1Na2CO3溶液中滴加新制饱和氯水，氯水颜色褪去下列说法正确的是（　C　）A.由实验1可得出：Ka2（H2CO3）＞KwKa1（H2CO3）B.实验2中两溶液混合时有：c（Ca2＋）·c（CO32－）＜Ksp（CaCO3）C.实验3中发生反应的离子方程式为CO32－＋H2O＋CO22HCO3－D.实验4中c反应前（CO32－）＜c反应后（CO32－）解析　A项，NaHCO3溶液的pH约为8，说明HCO3－的水解程度大于其电离程度，即Kh＝c（H2CO3）·c（OH－）·c（H＋）c（HCO3－）·c（H＋）＝KwKa1（H2CO3）＞Ka2（H2CO3），错误；B项，实验2中产生白色沉淀，则c（Ca2＋）·c（CO32－）＞Ksp（CaCO3），错误；C项，实验3中Na2CO3与CO2反应生成NaHCO3，溶液的碱性减弱，发生反应的离子方程式为CO32－＋H2O＋CO22HCO3－，正确；D项，饱和氯水中存在Cl2＋H2O⇌HCl＋HClO，实验4中向Na2CO3溶液中滴加饱和氯水，HCl与CO32－发生反应，促进平衡正向移动，氯水的黄绿色逐渐褪去，c（CO32－）减小，错误。3.[金属锂][2021北京]有科学研究提出：锂电池负极材料（Li）由于生成LiH而不利于电池容量的保持。一定温度下，利用足量重水（D2O）与含LiH的Li负极材料反应，通过测定n（D2）/n（HD）可以获知n（Li）/n（LiH）。 已知：①LiH＋H2OLiOH＋H2↑②2Li（s）＋H2（g）⇌2LiH（s）　ΔH＜0下列说法不正确的是（　C　）A.可用质谱区分D2和HDB.Li与D2O的反应：2Li＋2D2O2LiOD＋D2↑C.若n（Li）/n（LiH）越大，则n（D2）/n（HD）越小D.80℃反应所得n（D2）/n（HD）比25℃反应所得n（D2）/n（HD）大解析　D2和HD的相对分子质量不同，可用质谱区分二者，A项正确；Li为活泼金属，能与D2O发生置换反应2Li＋2D2O2LiOD＋D2↑，B项正确；Li和D2O反应生成D2，LiH和D2O反应生成HD，则n（Li）/n（LiH）越大，n（D2）/n（HD）越大，C项错误；根据已知反应②可知，升高温度能促进LiH分解为Li和H2，Li的物质的量越多，反应中生成的D2的物质的量越多，故n（D2）/n（HD）：80℃＞25℃，D项正确。4.[钠及其化合物的实验探究]某化学兴趣小组对钠和钠的化合物进行了一系列的实验探究，请回答下列问题。实验Ⅰ：探究二氧化碳与过氧化钠反应是否有氧气生成，设计了如图1所示的实验装置（部分夹持装置已省略）。图1（1）装置C中盛有　浓硫酸　，作用是　除去二氧化碳中的水蒸气　。（2）指出装置E中的错误之处：　应短导管进，长导管出　。（3）取agC3H6O2在氧气中完全燃烧，将其产物与足量Na2O2固体完全反应，反应后固体质量的增加量　大于　（填“大于”“等于”或“小于”）ag。实验Ⅱ：利用如图2所示装置（省略夹持装置）模拟工业级NaN3的制备。图2已知：2NaNH2＋N2O210~220°CNaN3＋NaOH＋NH3。（4）装置H中盛放的药品为　碱石灰　。 （5）实验中使用油浴加热而不使用水浴加热的原因是　油浴加热可以达到210～220℃，水浴加热不能达到这样的温度　。（6）氨气与熔融钠反应生成NaNH2的化学方程式为　2Na（熔融）＋2NH3△2NaNH2＋H2　。解析　（1）大理石与盐酸反应生成的CO2气体中混有HCl和水蒸气，B中盛有的饱和NaHCO3溶液可吸收挥发出的HCl，C中盛放浓硫酸，用于除去CO2中的水蒸气。（2）根据题图1知，装置E为采用排水法收集氧气的装置，则集气瓶中应短导管进，长导管出。（3）C3H6O2可写成C·（CO）2·（H2）3，结合2Na2O2＋2H2O4NaOH＋O2↑[Δm固＝m（H2）]、2Na2O2＋2CO22Na2CO3＋O2[Δm固＝m（CO）]以及C也可与O2反应生成CO2可知，反应后固体质量增加量大于ag。（4）生成的氨气中含有水蒸气，需要干燥，则装置H中盛放的药品为碱石灰。（5）由于制备NaN3的反应需要在210～220℃下进行，所以实验中使用油浴加热而不用水浴加热。（6）氨气与熔融钠反应生成NaNH2，根据原子守恒、得失电子守恒可知，反应的化学方程式为2Na（熔融）＋2NH3△2NaNH2＋H2。5.[过氧化物的制备及性质探究]过氧化钙遇水具有放氧的特性，且本身无毒、不污染环境，是一种用途广泛的优良供氧剂，在工农业生产中有广泛的用途。Ⅰ.过氧化钙的制备：向CaCl2溶液中加入30％的H2O2溶液，再通入氨气进行反应可制备CaO2·8H2O，在碱性环境下制取CaO2·8H2O的装置如图所示。（1）写出制备CaO2·8H2O的化学方程式：　CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2OCaO2·8H2O↓＋2NH4Cl　。（2）乙中发生沉淀反应时常用冰水浴控制温度在0　℃左右，分析可能的原因：其一，该反应是放热反应，温度低有利于提高CaO2·8H2O的产率；其二，　温度低可减少H2O2的分解，提高H2O2的利用率　。（3）反应结束后，经过滤、洗涤、低温烘干可获得CaO2·8H2O。检验CaO2·8H2O是否洗涤干净的操作为　取少量最后一次洗涤液于试管中，先加入稀HNO3酸化，再滴加AgNO3溶液，若没有白色沉淀生成，则说明已经洗涤干净；反之则说明未洗涤干净　。Ⅱ.水产运输中常向水中加一定量的CaO2·8H2O以增大溶氧量（DO），水中溶氧量可用每升水中溶解氧气的质量来表示，其测定步骤及原理如下：a.固氧：碱性条件下，O2将Mn2＋氧化为MnO（OH）2，2Mn2＋＋O2＋4OH－2MnO（OH）2↓；b.氧化：酸性条件下，MnO（OH）2将I－氧化为I2； c.滴定：用Na2S2O3标准溶液滴定生成的I2，2S2O32－＋I2S4O62－＋2I－。某同学向100mL水中加入一定量CaO2·8H2O，取50.00mL该水样，按上述方法测定水中溶氧量，消耗0.02mol·L－1Na2S2O3标准溶液15.00mL。（4）请写出步骤b中发生反应的离子方程式：　MnO（OH）2＋2I－＋4H＋Mn2＋＋I2＋3H2O　。（5）该水样中的溶氧量（DO）为　48　mg·L－1（忽略体积变化）。解析　（1）向CaCl2溶液中加入H2O2溶液并通入NH3，在碱性条件下生成CaO2·8H2O，该反应不涉及元素化合价的变化，为复分解反应，即反应的化学方程式为CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2OCaO2·8H2O↓＋2NH4Cl。（2）H2O2受热易分解，温度越高，H2O2的分解速率越大，H2O2的利用率越低。（3）因CaO2·8H2O表面附着NH4Cl，所以检验沉淀是否洗涤干净可检验最后一次洗涤液中是否有Cl－，其方法是取少量最后一次洗涤液于试管中，先加入稀HNO3酸化，再滴加AgNO3溶液，若没有白色沉淀生成，则说明已经洗涤干净；反之则说明未洗涤干净。（4）步骤b中MnO（OH）2将I－氧化为I2，自身被还原为Mn2＋，结合溶液为酸性可得反应的离子方程式为MnO（OH）2＋2I－＋4H＋Mn2＋＋I2＋3H2O。（5）根据三个步骤涉及反应的离子方程式可得关系式O2～2MnO（OH）2～2I2～4S2O32－，反应消耗Na2S2O3的物质的量为0.02mol·L－1×15.00×10－3L＝3×10－4mol，则50.00mL水样中O2的物质的量为3×10－4mol×14＝7.5×10－5mol，其DO为7.5×10－5mol×32g·mol－1×103mg·g－10.05L＝48mg·L－1。6.[锂离子电池电极材料的制备][全国Ⅰ高考]Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿（主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质）来制备。工艺流程如下：回答下列问题：（1）“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如右图所示。由图可知，当铁的浸出率为70％时，所采用的实验条件为　100℃、2h，90℃、5h　。 （2）“酸浸”后，钛主要以TiOCl42－形式存在，写出相应反应的离子方程式　FeTiO3＋4H＋＋4Cl－Fe2＋＋TiOCl42－＋2H2O　。（3）TiO2·xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表所示：温度/℃3035404550TiO2·xH2O转化率/％9295979388分析40℃时TiO2·xH2O转化率最高的原因　低于40℃，TiO2·xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40℃，H2O2分解与氨气逸出导致TiO2·xH2O转化反应速率下降　。（4）Li2Ti5O15中Ti的化合价为＋4，其中过氧键的数目为　4　。（5）写出“高温煅烧②”中由FePO4制备LiFePO4的化学方程式　2FePO4＋Li2CO3＋H2C2O4高温2LiFePO4＋3CO2↑＋H2O↑　。解析　（1）由图像可以看出，当铁的浸出率为70％时，实验条件有两个：100℃、2h，90℃、5h。（2）FeTiO3为难溶物，书写离子方程式时不能拆写成离子形式。（4）锂元素在化合物中只有一种化合价（＋1），Ti为＋4价，化合物中各元素化合价代数和等于0，过氧键中氧显－1价，类似过氧化氢、过氧化钠。如果能求出－1价氧原子个数，就能求出过氧键数目，即过氧键数目等于－1价氧原子个数的一半。设Li2Ti5O15中－2价、－1价氧原子个数分别为x、y，有x＋y=152x＋y=22，解得x＝7，y＝8。所以，过氧键数目为82＝4。（5）FePO4中Fe为＋3价，FeLiPO4中Fe为＋2价，FePO4作氧化剂，则H2C2O4作还原剂，高温煅烧时应生成CO2，据此可写出反应的化学方程式。7.[2022湖北]全球对锂资源的需求不断增长，“盐湖提锂”越来越受到重视。某兴趣小组取盐湖水进行浓缩和初步除杂后，得到浓缩卤水（含有Na＋、Li＋、Cl－和少量Mg2＋、Ca2＋），并设计了以下流程通过制备碳酸锂来提取锂。25℃时相关物质的参数如下：LiOH的溶解度：12.4g/100gH2O 化合物KspMg（OH）25.6×10－12Ca（OH）25.5×10－6CaCO32.8×10－9Li2CO32.5×10－2回答下列问题：（1）“沉淀1”为　Mg（OH）2、Ca（OH）2　。（2）向“滤液1”中加入适量固体Li2CO3的目的是　除去Ca2＋，同时避免Li＋沉淀　。（3）为提高Li2CO3的析出量和纯度，“操作A”依次为　浓缩（结晶）　、　趁热过滤　、洗涤。（4）有同学建议用“侯氏制碱法”的原理制备Li2CO3。查阅资料后，发现文献对常温下的LiHCO3有不同的描述：①是白色固体；②尚未从溶液中分离出来。为探究LiHCO3的性质，将饱和LiCl溶液与饱和NaHCO3溶液等体积混合，起初无明显变化，随后溶液变浑浊并伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀。上述现象说明，在该实验条件下LiHCO3　不稳定　（填“稳定”或“不稳定”），有关反应的离子方程式为　Li＋＋HCO3－LiHCO3，2LiHCO3Li2CO3＋CO2↑＋H2O　。（5）他们结合（4）的探究结果，拟将原流程中向“滤液2”加入Na2CO3改为通入CO2。这一改动能否达到相同的效果，作出你的判断并给出理由　能，滤液2为碱性溶液，通入CO2可以生成碳酸盐或碳酸氢盐，从而与Li＋反应生成Li2CO3[或不能，溶液中c（OH－）过低，生成的CO32－无法将Li＋沉淀完全]　。解析　（1）加入石灰乳后，形成Ca（OH）2的过饱和溶液，Mg2＋转化为Mg（OH）2沉淀，故“沉淀1”为Mg（OH）2、Ca（OH）2。（2）“沉淀2”经热解、水合得到Ca（OH）2，故“沉淀2”是CaCO3，则“滤液1”中含有Na＋、Li＋、Cl－、Ca2＋，故向“滤液1”中加入固体Li2CO3可除去Ca2＋，但同时应避免Li＋沉淀，故加入的固体Li2CO3应适量。（3）因为Li2CO3的溶解度随温度升高而降低，故为了提高Li2CO3的析出量和纯度，需要浓缩（结晶）、趁热过滤、洗涤。（4）题述现象说明，在该实验条件下LiHCO3不稳定；溶液变浑浊说明生成了LiHCO3，伴有气泡冒出，最终生成白色沉淀，说明 LiHCO3迅速分解生成了Li2CO3、H2O和CO2，有关反应的离子方程式为Li＋＋HCO3－LiHCO3↓，2LiHCO3Li2CO3＋CO2↑＋H2O。