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计算题
在隔绝空气的条件下，某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好，然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内。待钠块反应完全后，在容器中仅收集到1.12 L氢气(标准状况)，此时测得铝箔质量比反应前减少了0.27 g，水槽和容器内溶液的总体积为2.0 L，溶液中NaOH的浓度为0.050 mol·L^-1(忽略溶液中离子的水解和溶解的氢气的量)。
(1)写出该实验中发生反应的化学方程式。
(2)试通过计算确定该钠块中钠元素的质量分数。

本题信息：2007年江苏高考真题化学计算题难度一般来源:于丽娜
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本试题 “在隔绝空气的条件下，某同学将一块部分被氧化的钠块用一张已除去氧化膜、并用针刺一些小孔的铝箔包好，然后放入盛满水且倒置于水槽中的容器内。待钠块反应完...” 主要考查您对
单质钠

氧化钠

单质铝

金属、非金属的有关计算
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单质钠
氧化钠
单质铝
金属、非金属的有关计算

钠的基本性质：

钠元素的原子序数等于11，在周期表中位于第三周期，第ⅠA族。钠的原子结构示意图为，故钠的金属性比较强，是很活泼的金属材料。其单质很软，具有银白色金属光泽，是热和电的良导体。钠的密度比水小，比煤油大，熔点97.81℃，沸点882.9℃。

钠的物理性质：

钠单质很软，具有银白色金属光泽，是热和电的良导体。钠的密度比水小，比煤油大，熔点97.81℃，沸点882.9℃。
概括为：银白软轻低，热电良导体。

钠的化学性质：

钠的原子结构示意图为。
①与非金属单质的反应
A. 与氧气反应
(白色固体，不稳定）（空气中，钠的切面由银白色逐渐变暗的原因）
（淡黄色固体，较稳定）
B. 与硫反应
2Na + S ==Na₂S (研磨时发生爆炸）
C. 与氯气反应

②与水反应

主要实验现象	对实验现象的分析
浮在水面上	密度比水小
熔化成闪亮的小球	反应放热，且钠的熔点低
迅速游动	反应产生气体（H₂)
嘶嘶作响	反应剧烈
溶液呈红色	反应生成NaOH，遇酚酞变红

③与盐溶液反应
钠与盐溶液反应，先考虑钠与水反应生成氢氧化钠，在考虑氢氧化钠是否与盐反应。
A. 投入NaCl溶液中，只有氢气放出。2Na+2H₂O==2NaOH+H₂↑
B. 投入饱和NaCl溶液中，有氢气放出，还有NaCl晶体析出(温度不变)。
C. 投入NH₄Cl溶液中，有H₂和NH₃逸出。2Na+2NH₄Cl==2NaCl+2NH₃↑+H₂↑
D. 投入CuSO₄溶液中，有气体放出和蓝色沉淀生成。
2Na+2H₂O+CuSO₄==Na₂SO₄+Cu(OH)₂↓+H₂↑

如何正确取用钠？

钠具有很活泼的化学性质，易与很多物质反应，所以在取用钠时一定要注意，千万不能直接用手去拿，以免手被腐蚀，实验剩余的钠屑，绝对不可以随意丢弃，而应放回到原瓶中。
正确做法：用镊子取一小块金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，用小刀切去一端的表层，观察表面的颜色。实验中剩余的钠必须放回原瓶。

钠露置在空气中的一系列变化:

Na→Na₂O→NaOH→Na₂CO₃→Na₂CO₃·10H₂O→Na₂CO₃

钠的保存、制取及用途：

①保存：由于金属钠的化学性质非常活泼，易与空气中的氧气、水蒸气反应，所以钠要保存在煤油中。
②在实验室中钠块的取用：用镊子从试剂瓶中取出钠块，用滤纸吸净表面上的煤油，在玻璃片上用小刀切去表面的氧化层，再切下一小粒备用，余下的钠全部放回试剂瓶中。
③制取：
④用途：
A. 工业上用Na作还原剂，用与冶炼金属，如4Na+TiCl₄Ti+4NaCl
B. Na-K合金(液态)用作原子反应堆的导热剂。
C. 在电光源上，用钠制造高压钠灯。

焰色反应：

焰色反应是化学上用来测试某种金属是否存在在化合物的方法。其原理是每种元素都有其特别的光谱，显示出不同的颜色。

焰色反应的操作：

先准备一支铂丝，钴蓝玻璃及盐或其溶液。　　
把铂丝浸在浓盐酸中以清除先前余下的物质，再把铂丝放在酒精灯焰（蓝色火焰）中直至没有颜色的变化。　　
用蒸馏水或去离子水或纯水冲洗铂丝。　　
用铂丝接触盐或溶液，通过酒精灯焰（蓝色火焰）中加热。　　
当钠离子存在于所测试的溶液中，用钴蓝玻璃过滤钠离子的焰色。　　
最后将观察焰色。钠的焰色为明亮的金黄色火焰。

各种元素的颜色：

元素符号	离子元素	名称	焰色
Ba	Ba²⁺	钡	黄绿
Ca	Ca²⁺	钙	砖红
Cs	Cs⁺	铯	浅紫
Na	Na⁺	钠	黄
Zn	Zn²⁺	锌	蓝绿
Fe(III)	Fe³⁺	铁(III)	金黄
K	K⁺	钾	浅紫（透过蓝色钴玻璃）
Li	Li⁺	锂	深红

碱金属元素的性质：

1．氧化产物的特殊性。碱金属在空气中燃烧，只有Li氧化生成Li₂O；其余的生成过氧化物(如Na₂O₂)或更复杂的氧化物(如KO₂)。
2．碱金属单质密度都较小，其中锂的密度是所有金属中最小的。
3．碱金属单质熔点都较低，只有Li的熔点高于100℃。
4．钾、钠在常温下为固态，但钾钠合金在常温下为液态，可作为原子反应堆的导热剂。
5．碱金属单质通常保存在煤油中，但因锂的密度小于煤油而只能保存在液体石蜡中或封存在固体石蜡中。
6．一般说，酸式盐较正盐溶解度大，但NaHCO₃却比Na₂CO₃溶解度小。
7．试剂瓶中的药品取出后，一般不能放回原瓶，但ⅠA族金属Na、K等除外。
8．一般活泼金属能从盐中置换出不活泼金属，但非常活泼的金属Na、K等除外。
9．Fr是放射性元素，所以在自然界中不存在。

氧化钠的基本性质：

白色固体，碱性氧化物，不稳定
(1)与水反应：Na₂O+H₂O==2NaOH
(2)与CO₂反应：Na₂O+CO₂==Na₂CO₃
(3)与HCl反应：Na₂O+2HCl==2NaCl+H₂O

氧化钠与过氧化钠的比较：

物质	氧化钠	过氧化钠
色态	白色固体	淡黄色固体
类别	碱性氧化物	过氧化物（不属于碱性氧化物）
化学键类型	仅含离子键	离子键和非极性键
电子式
生成条件	常温	点燃或加热
氧的化合价	-2	-1
阴阳离子个数比	1：2	1：2
稳定性	不稳定	稳定
转化关系	2Na₂O+O2=2Na₂O₂
用途	用于制取少量过氧化钠	供氧剂、漂白剂、氧化剂
与水反应方程式	2Na₂O+2H₂O=2NaOH	2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑
与CO₂反应	Na₂O+CO₂=NaCO₃	2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂↑
与HCl反应	Na₂O+2HCl=2NaCl+H₂O	2Na₂O₂+4HCl=4NaCl+2H₂O+O₂↑
保存	隔绝空气、密封保存	隔绝空气、远离易燃物、密封保存

铝的主要性质：

物理性质：
铝是银白色，具有金属光泽的固体，硬度较小，具有良好的导电性、导热性和延展性。
化学性质：
活泼金属，具有较强的还原性；常温下铝在浓硫酸和浓硝酸中发生钝化；既可以与酸反应又可以与碱反应。
(1)与氧气反应：（纯氧中发出耀眼的白光）
(2)与Cl₂ 、S 、N₂反应：
(Al₂S₃在溶液中完全双水解)

(AlN与水反应生成Al(OH)₃和NH₃↑)
(3)与水反应：
(4)与酸反应：
(5)与碱的反应：
(6)铝热反应：2Al＋Fe₂O₃=(高温)=Al₂O₃＋2Fe
铝的用途
纯铝制作导线，铝合金用于制造飞机、汽车、生活用品等。

铝的特殊性质：

铝既能与酸反应，也能与强碱反应。
铝与酸反应：铝与浓硫酸在常温下发生钝化，2Al＋6HCl==2AlCl₃+3H₂↑
铝与碱反应：2Al＋2NaOH＋2H₂O==2NaAlO₂＋3H₂↑

铝热反应：

铝热法是一种利用铝的还原性获得高熔点金属单质的方法。此种反应被称为铝热反应。　
可简单认为是铝与某些金属氧化物（如Fe₂O₃、Fe₃O₄、Cr₂O₃、V₂O₅等）或非金属氧化物（如SiO₂等）在高热条件下发生的反应。　　　
铝热反应常用于冶炼高熔点的金属，并且它是一个放热反应，　　
其中镁条为引燃剂，氯酸钾为助燃剂。
其装置如下图所示：

铝热反应配平技巧：

取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数，即可快速配平，如8Al+3Fe₃O₄=4Al₂O₃+9Fe中，可取Fe₃O₄和Al₂O₃中氧的最小公倍数12，则Fe₃O₄前应为3Al₂O₃前应为4，然后便可得到Al为8，Fe为9。

镁铝的化学性质比较：

单质	镁	铝
与非金属反应	2Mg+O₂=(点燃)=2MgO (发出耀眼白光) Mg+Cl₂=(点燃)=MgCl₂3Mg+N₂=(点燃)=Mg₃N₂	4Al+3O₂=(加热)=2Al₂O₃2Al+3Cl₂=(加热)=2AlCl₃2Al+3S=(加热)=Al₂S₃
与沸水反应	Mg+2H₂O=(加热)=Mg(OH)₂+H₂↑	不反应
与酸反应	Mg+2H⁺==Mg²⁺+H₂↑ 与稀硝酸反应生成Mg(NO₃)₂、NO_x(或者N₂、NH₄NO₃)、H₂O	2Al+6H⁺==2Al³⁺+3H₂↑ 在冷的浓硝酸或浓硫酸中钝化
与氧化物反应	2Mg+CO₂=(点燃)=2MgO+C (剧烈燃烧，生成白色粉末和黑色固体)	2Al+Fe₂O₃=(高温)=2Fe+Al₂O₃(铝热反应)
与盐溶液反应	Mg+2NH₄⁺+2H₂O==Mg²⁺+2NH₃·H₂O+H₂↑ Mg+Cu²⁺==Mg²⁺+Cu	2Al+3Hg²⁺=2Al³⁺+3Hg
与强碱反应	不反应	2Al+2OH^-+2H₂O==2AlO₂^-+3H₂↑

铝热反应配平技巧：

取反应物和生成物中氧化物中两边氧的最小公倍数，即可快速配平，如8Al+3Fe₃O₄=4Al₂O₃+9Fe中，可取Fe₃O₄和Al₂O₃中氧的最小公倍数12，则Fe₃O₄前应为3Al₂O₃前应为4，底下便可得到Al为8，Fe为9。

铝与酸、碱反应的计算技巧：

铝与酸、碱反应的实质都是，，所以根据得失电子守恒可知：，利用此关系可以方便地进行有关计算。

铝与酸或碱溶液反应生成H₂的量的计算：

Al是我们中学阶段学习的唯一既与H^＋反应也与OH^－反应的金属，它与酸、碱反应既有相同点，也有不同点。

相同点：Al均被氧化成+3价，所以1molAl不论与H^＋还是与OH^－反应均生成3gH₂。
不同点：1molAl与H^＋反应消耗3molH^＋，而与OH^－反应只消耗1molOH^－，所以含有等物质的量的NaOH溶液和HCl溶液分别与足量的铝反应时生成的氢气的物质的量之比为3∶1。

“铝三角”关系：

Al³⁺＋3OH^-===Al(OH)₃↓
Al(OH)₃＋OH^-===AlO₂^-＋2H₂O
Al³⁺＋4OH^-===AlO₂^-＋2H₂O
AlO₂^-＋2H₂O＋CO₂===Al(OH)₃↓＋HCO₃^-AlO₂^-+H⁺＋H₂O===Al(OH)₃↓
AlO₂^-+4H⁺===Al³⁺＋2H₂O

钝化：

铝、铁在常温下与浓硫酸发生钝化，钝化不是不反应，而是被氧化成一层致密的氧化物薄膜，恰恰说明金属的活泼性。

金属，非金属的相关计算：

包括金属及化合物、金属与非金属化合物、非金属化合物之间的反应的计算，解此类题的关键是正确的写出反应方程式，明确物质间的等量关系。明确物质之间的反应，正确写出方程式，此类题可迎刃而解。

AlCl3与NaOH反应的相关计算：

1、求Al(OH)3沉淀的量

2、求反应物碱的量

铝与酸、碱反应的计算规律：

铝分别与盐酸、氢氧化钠溶液反应的原理：

(1)等量铝分别与足量盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为
(2)足量的锅分别与等物质的量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，产生氢气的体积比为
(3)一定量的铝分别和一定量的盐酸和氢氧化钠溶液反应，若产生氢气的体积比为，则必定是：
①铝与盐酸反应时，铝过量而盐酸不足；
②铝与氢氧化钠溶液反应时，铝不足而氢氧化钠过量。

解有关硝酸与金属反应的计算题的技巧：

1.灵活运用得失电子守恒、原子守恒及溶液中的电荷守恒关系例如Cu与HNO3反应中就有以下等量关系：
(1)N原子守恒：反应前所有的N只存在于HNO3中；反应后含N的物质有HNO3的还原产物(假设此处有NO3、NO)和Cu(NO3)3，若HNO3过量，则过量HNO3中也含一部分N，则有：n(N)=n(NO2)+ n(NO)+2n[Cu(NO3)3]+n_剩(HNO3)。
(2)得失电子守恒：在反应中失去电子的是参加反应的Cu，；得到电子的是被还原的HNO3(假设还原产物为NO2、NO)，NO₃^-+e→ NO2、NO₃^-+3e→NO。根据得失电子守恒，则有：
(3)溶液中的电荷守恒：在任何溶液中，阴离子所带负电荷总数与阳离子所带正电荷总数在数值上是相等的。在Cu与HNO3反应后的溶液中，若HNO3不过量，阳离子只有Cu²⁺，阴离子只有NO₃^-(此类计算不考虑H2O电离出的极少量的H⁺、OH^-)；若HNO3过量，溶液中阳离子有Cu²⁺和H⁺，阴离子只有NO₃^-。则有：
①若HNO3不过量：
②若HNO3过量：
2．铁与稀HNO3的反应规律

(2)上述反应可以认为先发生反应①，若Fe有剩余则发生①×2+ ③即得反应②，所以，无论是反应①还是反应②，被还原的HNO3皆占参加反应的HNO3的。

有关镁、铝的图像集锦：

Al(OH)3与Al3+、AlO2-之间的转化，是建立在 Al(OH)3两性基础上的，有关相互转化的配比和沉淀Al(OH)3的质量变化，见下表：

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