2020-2021备战高考化学压轴题专题复习—钠及其化合物的综合及答案

2020-2021备战高考化学压轴题专题复习—钠及其化合物的综合及答案
一、高中化学钠及其化合物
1．化学兴趣小组制取Na2O2，并测定制得的Na2O2样品的纯度。

I．制取Na2O2。

查阅资料：
①钠与空气在453～473K之间可生成Na2O，迅速提高温度到573～673K之间可生成
Na2O2。

②4Na+3CO 22Na2CO3+C。

③加热后，Na不与N2反应。

（1）图1为兴趣小组制取Na2O2的装置，得到的固体中不可能混有的杂质是____。

A．Na3N B．Na2CO3 C．Na2O D．NaOH
（2）该小组若要得到相对纯净的Na2O2，请从图2中选择合适的装置（要求从装置A、B、C中选择）净化空气，接口从左至右正确的连接顺序是____。

II．测定制得的Na2O2样品的纯度。

按图2装置中的F→B→C→A→D顺序连接，检查装置气密性后，将制得的10g样品放入 F 装置的烧瓶中，滴入稀硫酸反应后，D中收集到1.12L气体（体积已转换为标况下）。

（3）写出样品中Na2O2所发生反应的化学方程式为_____。

（4）B中反应的化学方程式为____，C装置的作用是____。

（5）装置F中仪器i的名称为____；仪器i和烧瓶用一根导管连接，目的是使稀硫酸能顺利流下，也可减少实验产生误差，若没有该导管将导致测定的结果____（填“偏大”“偏小”或“无影响”)。

（6）该实验测得样品中Na2O2纯度为_____。

【答案】A edbc 2Na2O2+2H2SO4=2Na2SO4+2H2O+O2↑ 2NaOH+ CO2=H2O+Na2CO3检验CO2是否除尽分液漏斗偏大 78.0%
【解析】
【分析】
（1）①钠与氧气反应可以得到氧化钠、过氧化钠，二者均与二氧化碳反应得到碳酸钠，与
水反应会得到氢氧化钠，由信息可知钠与氮气不反应；
（2）若要得到相对纯净的过氧化钠，应将空气通过盛有浓氢氧化钠溶液的洗气瓶除去二氧化碳，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶除去水蒸气；
（3）过氧化钠与稀硫酸反应生成硫酸钠、氧气和水；
（4）该实验设计的原理是烧瓶中过氧化钠与硫酸反应生成硫酸钠、氧气与水，用浓氢氧化钠溶液吸收氧气中可能混有二氧化碳，用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽，用排水法收集氧气，根据氧气体积可以计算过氧化钠的质量，进而计算样品中过氧化钠的质量分数； （5）分液漏斗和烧瓶用导管连接可以平衡气压，使稀硫酸顺利流下，还可以抵消滴加硫酸排出空气的体积，若没有该导管，排出的空气按生成氧气的体积计算；
（6）依据标况下氧气的体积和反应方程式计算过氧化钠的质量，由题给数据计算过氧化钠的纯度。

【详解】
（1）①钠与氧气反应可以得到氧化钠、过氧化钠，二者均与二氧化碳反应得到碳酸钠，与水反应会得到氢氧化钠，由信息可知钠与氮气不反应，则Na 2O 2中可能含有的杂质为Na 2CO 3、Na 2O 、NaOH ，不可能含有Na 3N ，故答案为：A ；
（2）空气中含有的二氧化碳和水会与过氧化钠的反应，使得制得的过氧化钠含有杂质，若要得到相对纯净的过氧化钠，应将空气通过盛有浓氢氧化钠溶液的洗气瓶除去二氧化碳，再通过盛有浓硫酸的洗气瓶除去水蒸气，则净化空气的装置接口从左至右的连接顺序是edbc ，故答案为：edbc ；
（3）过氧化钠与稀硫酸反应生成硫酸钠、氧气和水，反应的化学方程式为
2Na 2O 2+2H 2SO 4=2Na 2SO 4+2H 2O+O 2↑，故答案为：2Na 2O 2+2H 2SO 4=2Na 2SO 4+2H 2O+O 2↑； （4）该实验设计的原理是烧瓶中过氧化钠与硫酸反应生成硫酸钠、氧气与水，用浓氢氧化钠溶液吸收氧气中可能混有二氧化碳，用澄清石灰水检验二氧化碳是否除尽，用排水法收集氧气，根据氧气体积可以计算过氧化钠的质量，进而计算样品中过氧化钠的质量分数，二氧化碳与浓氢氧化钠溶液反应的化学方程式为2NaOH + CO 2=H 2O+Na 2CO 3，故答案为：2NaOH + CO 2=H 2O+Na 2CO 3；检验CO 2是否除尽；
（5）装置F 中仪器i 的名称为分液漏斗，分液漏斗和烧瓶用导管连接可以平衡气压，使稀硫酸顺利流下，还可以抵消滴加硫酸排出空气的体积，若没有该导管，排出的空气按生成氧气的体积计算，导致测定氧气体积偏大，则测定Na 2O 2样品的纯度偏大，故答案为：分液漏斗；偏大；
（6）过氧化钠与稀硫酸反应的化学方程式为2Na 2O 2+2H 2SO 4=2Na 2SO 4+2H 2O+O 2↑，标况下
1.12L 氧气的物质的量为 1.122
2.4/L L mol =0.05mol ，由方程式可知过氧化钠的质量为
0.05mol ×2×78g/mol=7.8g ，则过氧化钠的纯度为
7.810g g ×100%=78.0%，故答案为：78.0%。

【点睛】 分液漏斗和烧瓶用导管连接可以平衡气压，使稀硫酸顺利流下，还可以抵消滴加硫酸排出空气的体积，若没有该导管，排出的空气按生成氧气的体积计算是分析的难点，也是解答的易错点。

2．如图所示，“二氧化碳是否在有水存在时，才能与过氧化钠反应？”这个问题可通过以下实验加以证明。

（1）按图装置，在干燥的试管Ⅲ中装入Na2O2后，在通入CO2之前，应事先将活塞（K1、K2）关闭好，目的何在？____。

（2）试管I内的试剂X是__时，打开活塞K1、K2，加热试管Ⅲ约5分钟后，将带火星的小木条插入试管Ⅱ的液面上，可观察到带火星的小木条不能剧烈地燃烧起来，且Ⅲ内淡黄色粉末未发生变化，则所得的结论是____。

（3）试管I内试剂为CO2饱和水溶液时，其他操作同（2），通过____的现象，可以证明Na2O2与潮湿的CO2能反应且放出O2。

（4）CO2与过氧化钠反应机理也可用示踪原子分析加以证明，请完成下列反应方程式：
__Na2O2+____C18O2+____H218O→____。

【答案】以防止试管Ⅲ内的过氧化钠和外界相通时发生吸潮现象浓H2SO4过氧化钠与干燥的CO2不反应带火星的小木条在试管Ⅱ的液面上复燃，同时，Ⅲ内固体由淡黄色变为白色 2 2 2 ═2Na2C18O3+O2↑+2H2O
【解析】
【详解】
(1)本题旨在利用对比实验，探究Na2O2与CO2反应的环境，故实验步骤中，首先让Na2O2与干燥CO2反应，必须保证整个环境中不能有H2O，故通入反应装置前CO2必须干燥，故答案为以防止试管Ⅲ内的过氧化钠和外界相通时发生吸潮现象；
(2)二氧化碳必须是干燥的，所以使用试剂X浓硫酸进行干燥；由带火星的小木条不能剧烈地燃烧起来，且Ⅲ内淡黄色粉末未发生变化，说明干燥的二氧化碳与过氧化钠没有发生反应，故答案为浓H2SO4；过氧化钠与干燥的CO2不反应；
(3)过氧化钠与潮湿的二氧化碳反应会生成氧气，所以带火星的小木条在试管Ⅱ的液面上会复燃；Ⅲ内固体由淡黄色变为白色，说明淡黄色的过氧化钠由于参加了反应生成了白色的碳酸钠，故答案为带火星的小木条在试管Ⅱ的液面上复燃，同时，Ⅲ内固体由淡黄色变为白色；
(4)过氧化钠与潮湿的二氧化碳反应的实质为：二氧化碳与水结合生成碳酸，碳酸电离的氢离子与过氧化钠反应，碳酸中18O完全存在于碳酸根离子中，生成的水中不含18O，反应的化学方程式为：2Na2O2+2C18O2+2H218O═2Na2C18O3+O2↑+2H2O，故答案为2；2；2；
═2Na2C18O3+O2↑+2H2O。

【点睛】
本题考查了碱金属及其化合物的性质，该题是高考中的常见考点和题型，试题基础性强，旨在考查学生的逻辑推理能力。

本题的易错点为(4)，碳酸电离的氢离子与过氧化钠反应，
碳酸中18O完全存在于碳酸根离子中。

3．某兴趣小组的学生根据活泼金属Mg与CO2发生反应，推测活泼金属钠也能与CO2发生反应，因此兴趣小组用下列装置进行“钠与二氧化碳反应”的实验探究(尾气处理装置已略去)。

已知：常温下，CO能使一些化合物中的金属离子还原
例如：PdCl2 + CO + H2O＝Pd↓+ CO2+2HCl 。

反应生成黑色的金属钯，此反应也可用来检测微量CO的存在。

请回答下列问题：
(1)通常实验室制取CO2气体的离子方程式是_______________________________，为了使制气装置能“随开随用，随关随停”，上图A处应选用的装置是_____(填写“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)。

若要制取干燥、纯净的CO2气体，装置B中应盛放的试剂是____________溶液，装置C中应盛放的试剂是______________。

(2)观察实验装置图可知Na与CO2反应的条件是_____________。

检查装置的气密性完好并装入药品后，在点燃酒精喷灯前，必须进行的操作是____________________。

待装置
______(填写字母)中出现____________________现象时，再点燃酒精喷灯，这步操作的目的是______________________________________。

(3)假设CO2气体为足量，在实验过程中分别产生以下①、②两种不同情况，请分析并回答问题：
①若装置F中溶液无明显变化，装置D中生成两种固体物质，取少量固体生成物与盐酸反应后，有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，则钠与二氧化碳反应的化学方程式是
_______________________。

②若装置F中有黑色沉淀生成，装置D中只生成一种固体物质，取少量该固体与盐酸反应后，也有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，则钠与二氧化碳反应的化学方程式是
__________________________。

(4)请用文字简要说明你判断②中D装置生成固体的成分是钠的正盐或酸式盐的理由。

_________________________________。

【答案】CaCO3 + 2H+＝ Ca2++ H2O + CO2↑Ⅲ饱和NaHCO3浓H2SO4高温(或强热) 扭开装置Ⅲ中导气管活塞 E 澄清的石灰水变浑浊排出该装置中的空气 4Na +
3CO22Na2CO3+ C 2Na + 2CO2Na2CO3+ CO 生成正盐。

因为根据质量守恒定律可知，反应物共有三种元素，没有氢元素，因此不能生成酸式盐。

【解析】
【分析】
(1)实验室通常用大理石或石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，反应不需要加热，大理石和石灰石的主要成分是碳酸钙，能和稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳；
Ⅲ装置能使反应随时进行或停止，原理是：关闭开关时，试管中的气体增多，压强增大，把液体压入长颈漏斗，固体和液体分离，反应停止；打开开关时，气体导出，试管中的气体减少，压强减小，液体和固体混合，反应进行；
(2)高温条件下，钠能和氧气反应；二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊；
(3)根据提供的信息可以判断反应进行情况；
(4)化学反应遵循质量守恒定律，即反应前后元素种类、原子种类和总个数都不变．
【详解】
(1)通常实验室制取CO2气体的化学方程式是：CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；
Ⅲ装置能使反应随时进行或停止，原理是：关闭开关时，试管中的气体增多，压强增大，把液体压入长颈漏斗，固体和液体分离，反应停止；打开开关时，气体导出，试管中的气体减少，压强减小，液体和固体混合，反应进行；若要制取干燥、纯净的CO2气体，装置B中应盛放的试剂是饱和碳酸氢钠溶液，这是因为饱和碳酸氢钠溶液不能和二氧化碳反应，能和稀盐酸反应生成氯化钠、水和二氧化碳，从而可以除去二氧化碳中的氯化氢气体；装置C中应盛放的试剂是浓硫酸，用来除去二氧化碳中的水蒸气；
(2)观察实验装置图可知Na与CO2反应的条件是高温；检查装置的气密性完好并装入药品后，在点燃酒精喷灯前，必须进行的操作是通入一会儿二氧化碳气体，待装置E中出现浑浊现象时，再点燃酒精喷灯，这步操作的目的是防止钠和空气中的氧气反应；
(3)①若装置F中溶液无明显变化，装置D中生成两种固体物质，取少量固体生成物与盐酸反应后，有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，说明反应生成了碳酸钠，则钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和碳，反应的化学方程式是：3CO2+4Na2Na2CO3+C；
②若装置F中有黑色沉淀生成，装置D中只生成一种固体物质，说明反应生成了一氧化碳，取少量该固体与盐酸反应后，也有能使澄清石灰水变浑浊的气体放出，说明反应生成了碳酸钠，则钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和一氧化碳，反应的化学方程式是：
2CO2+2Na Na2CO3+CO；
(4)②中D装置生成固体的成分是钠的正盐的理由是：反应物中不含有氢元素，因此生成物中不含有氢元素，即生成的固体不可能是碳酸氢钠。

4．纯碱、烧碱等是重要的化工原料。

（1）利用如图所示装置可间接证明二氧化碳与烧碱溶液发生了反应。

将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，此时的实验现象是______。

若其它操作不变，将A与C连接，可观察到的现象是_______。

（2）向100 mL2 mol/L的NaOH 溶液中通入一定量CO2，结晶，得到9．3 g白色固体，该白色固体的组成是_______（写化学式）。

设计实验确认该白色固体中存在的阴离子，试完成下列方案。

实验操作实验现象结论
①取少量白色固体于试管中，加
____________
足量水溶解，再加足量BaCl2溶
液
②过滤，取2 mL滤液于试管
____________
中，滴加酚酞
（3）现代工业常以氯化钠为原料制备纯碱，部分工艺流程如下：
已知NaHCO3在低温下溶解度较小。

反应I为：NaCl+CO2+NH3+H2O NaHCO3↓+NH4Cl，处理母液的两种方法如下。

①向母液中加入石灰乳，可将其中_____循环利用，同时得到融雪剂_____。

②向母液中通入NH3，加入细小的食盐颗粒并降温，可得到NH4Cl晶体。

试写出通入NH3后，溶解度较小的酸式碳酸盐转变为溶解度较大的碳酸盐的离子方程式：
______________。

【答案】水沿导管由广口瓶进入烧瓶广口瓶中的长导管口有气泡产生 NaOH和Na2CO3产生白色沉淀原白色固体中有CO32-存在溶液变红溶液中含有氢氧化钠 NH3 CaCl2 HCO3—＋NH3＝NH4+＋H2O
【解析】
【分析】
（1）CO2与NaOH反应生成Na2CO3，烧瓶内压强减小；
（2）先根据钠原子守恒，通过极值法确定白色固体的组成；根据题中所给试剂，要首先利用中性溶液BaCl2检验出碳酸钠，并将碳酸根离子全部沉淀，再通过检验溶于的pH来确定是否含有NaOH；
（3）①根据流程可知，母液中含有氯化铵，加入石灰乳后可以生成氨气；
②碳酸氢钠溶于水，母液为碳酸氢钠饱和溶液，向母液中通入氨气，氨气与碳酸氢钠反应碳酸钠和碳酸铵。

【详解】
（1）将A与B连接，打开止水夹，将胶头滴管中的液体挤入烧瓶，二氧化碳与烧碱溶液发生了反应，引起压强减小，导致水沿导管由广口瓶进入烧瓶，若其它操作不变，若将A 与C连接，外界气体进入进入集气瓶，可观察到的现象是广口瓶中的长导管口有气泡产生，故答案为：水沿导管由广口瓶进入烧瓶；广口瓶中的长导管口有气泡产生；
（2）二氧化碳与氢氧化钠可以发生反应2OH-+CO2=CO32-+H2O、OH-+CO2=HCO3-，100 mL2 mol/L的NaOH溶液中氢氧化钠的物质的量为0.2mol，若氢氧化钠全部生成碳酸钠，碳酸
×106g/mol=10.6g，若全部生成碳酸氢钠，碳酸氢钠的质量为钠固体的质量为0.2mol×1
2
0.2mol×84g/mol=16.8g，由得到9．3 g白色固体可知，氢氧化钠溶液过量，最后的固体可能为NaOH和Na2CO3；要检验NaOH和Na2CO3，可加足量BaCl2溶液，若产生白色沉淀，说明含CO32‾；用无色酚酞检验氢氧化钠的存在，即
故答案为：Na2CO3和NaHCO3；产生白色沉淀；原白色固体中有CO32-存在；溶液变红；原白色固体中有CO32-存在；
（3）①根据流程可知，母液中含有氯化铵，加入石灰乳后，石灰乳与氯化铵共热反应生成氯化钙、氨气和水，氨气可以循环使用，氯化钙可以做融雪剂，故答案为：氨气；融雪剂；
②碳酸氢钠溶于水，母液为碳酸氢钠饱和溶液，向母液中通入氨气，氨气与碳酸氢钠反应碳酸钠和碳酸铵，加入细小的食盐颗粒并降温，会析出氯化铵晶体，氨气与碳酸氢钠反应的离子方程式为：HCO3—＋NH3＝NH4+＋H2O，故答案为：HCO3—＋NH3＝NH4+＋H2O。

CO充分反应后，在减压和较低温度下，小心地将溶液5．往100mL的NaOH溶液中通入2
CO的体积V（标准状况）与M的质量W的关系如下图蒸干，得到白色固体M。

通入的2
所示。

试解答下列问题：
（1）A点时，白色固体M的化学式为_________，通入的2
CO的体积为_________mL（标准状况下，下同）。

（2）C点时，白色固体M的化学式为__________，通入的2
CO的体积为__________mL。

（3）B点时M的组成成分为_________，物质的量之比为_________，通入的2
CO的体积为__________mL。

（4）该NaOH溶液的物质的量浓度为_________。

【答案】Na2CO3 1120 NaHCO3 2240 Na2CO3、NaHCO3 1：3 1792 1mol/L
【解析】
【分析】
由图知NaOH质量为4 g，物质的量为0.1 mol，完全转化为Na2CO3时，Na2CO3质量为
0.1mol×1
2
×106g/mol＝5.3 g，完全转化为NaHCO3时，NaHCO3质量为0.1mol×84g/mol＝8.4
g，故A点白色固体M为Na2CO3，C点白色固体M为NaHCO3，根据碳原子守恒可得
n(CO2)，根据V＝nV m计算二氧化碳体积；图B点时M的质量为7.16 g，5.3＜7.16＜8.4，知M由Na2CO3和NaHCO3组成，设在B点时Na2CO3物质的量为x，NaHCO3物质的量为y，根据钠离子守恒、二者质量之和列方程计算x、y的值，根据V＝nV m计算二氧化碳体
积；根据c＝n
V
计算NaOH溶液的物质的量浓度。

【详解】
由图知NaOH质量为4 g，物质的量为0.1 mol，完全转化为Na2CO3时，Na2CO3质量为
0.1mol×1
2
×106g/mol＝5.3 g，完全转化为NaHCO3时，NaHCO3质量为0.1mol×84g/mol＝8.4
g，故A点白色固体M为Na2CO3，C点白色固体M为NaHCO3；
(1)由上述分析可知，A点白色固体M为Na2CO3，需CO2体积为0.1 mol×1
2
×22.4L•mol−1＝
1.12L＝1120 mL，故答案为：Na2CO3；1120；
(2)由上述分析可知，C点白色固体M为NaHCO3，需CO2体积为0.1 mol×22.4L•mol−1＝
2.24L＝2240 mL，故答案为：NaHCO3；2240；
(3)图B点时M的质量为7.16 g，5.3＜7.16＜8.4，知M由Na2CO3和NaHCO3组成；
设在B点时Na2CO3物质的量为xmol，NaHCO3物质的量为ymol，则：
2x＋y＝0.1，106x＋84y＝7.16，解得x＝0.02，y＝0.06，n(Na2CO3)：n(NaHCO3)= 0.02mol：0.06mol=1：3，
故V(CO2)＝(0.02 mol＋0.06 mol)×22.4L•mol−1＝1.792L＝1792 mL，故答案为：Na2CO3、
NaHCO3；1：3；1792；
(4)该NaOH溶液的物质的量浓度为0.1mol
0.1L
＝1mol/L，故答案为：1mol/L。

【点睛】
本题根据图像判断出开始时氢氧化钠的质量及利用假设法判断A、C两点白色固体的成分是解题关键。

6．已知钠与氧气在不同条件下会发生不同的反应。

（1）将金属钠长时间放置于空气中可发生如下一系列变化，写出此变化中①③步转化的化学方程式：
Na Na2O NaOH Na2CO3·10H2O→Na2CO3
①___________；
③__________。

（2）将钠置于坩埚内，在空气中加热，可燃烧生成一种淡黄色物质。

①钠在空气中燃烧的化学方程式为___________。

②某学习小组通过实验研究Na2O2与水的反应。

操作现象
向盛有4.0gNa2O2的烧杯中加入50mL蒸馏水剧烈反应，产生能使带火星木条复燃的气体，得到的无色溶液a
向溶液a中滴入两滴酚酞ⅰ．溶液变红
ⅱ．10分种后溶液颜色明显变浅，稍后，溶液变为无色
Na2O2与水反应的离子方程式是___________，甲同学认为过氧化钠中阴离子结合水中氢离子生成了H2O2，溶液a中的H2O2将酚酞氧化导致褪色。

用实验证实H2O2的存在：取少量溶液a，加入试剂___________(填化学式)，有气体产生。

【答案】4Na+O2=2Na2O 2NaOH+CO2+9H2O=Na2CO3•10H2O 2Na+O2Na2O2
2Na2O2+2H2O=4Na++4OH-+O2↑ MnO2
【解析】
【分析】
（1）反应①是钠和氧气在常温下生成氧化钠；反应③是NaOH和CO2反应生成
Na2CO3•10H2O；
（2）①钠在空气中燃烧生成过氧化钠；
②能使带火星木条复燃的气体是氧气，碱使酚酞变红，说明过氧化钠和水反应生成氢氧化钠和氧气；双氧水在MnO2的催化作用下发生分解反应生成氧气；
【详解】
（1）反应①是钠和氧气在常温下生成氧化钠，反应方程式是4Na+O2=2Na2O；反应③是
NaOH 和CO 2反应生成Na 2CO 3•10H 2O ，反应方程式是2NaOH+CO 2+9H 2O=Na 2CO 3•10H 2O ； （2）①钠在空气中燃烧生成过氧化钠，反应方程式是2Na+O 2Δ
=Na 2O 2；
②过氧化钠和水反应生成氢氧化钠和氧气，反应的离子方程式是2Na 2O 2+2H 2O=4Na ++4OH -+O 2↑；双氧水在MnO 2的催化作用下发生分解反应生成氧气，取少量溶液a ，加入试剂MnO 2，有气体产生，能证明H 2O 2的存在。

7．锂离子电池历经半个世纪岁月的考验，作出重大贡献的三位科学家被授予2019 年诺贝尔化学奖。

磷酸亚铁锂( LiFePO 4)是新型锂离子电池的正极材料。

某小组拟设计以一种锂辉石(主要成分为Li 2O · Al 2O 3·4SiO 2，含少量铁、钙、镁)为原料制备纯净的碳酸锂，进而制备LiFePO 4的工艺流程:
已知：LiO 2·
Al 2O 3·4SiO 2＋H 2SO 4(浓) Li 2SO 4＋Al 2O 3·4SiO 2·H 2O ↓
回答下列问题: （1） LiFePO 4含有锂、铁两种金属元素，它们焰色反应的颜色分别是_____________(填序号)。

A ．紫红色、无焰色反应
B ．黄色、无焰色反应
C ．黄色、紫色
D ．洋红色、黄绿色
（2）滤渣1的主要成分是_____________；向滤液1中加入适量的CaCO 3细粉用于消耗硫酸并将Fe 3+转化为红褐色沉淀，若()
()33+n CaCO n Fe =3,反应的离子方程式为__________; 滤渣2
的主要成分是Fe(OH)3、________、 CaSO 4,其中 Fe(OH)3 脱水后可生成一种元素种类不变且摩尔质量为89 g ·mol -1的新化合物，其化学式为_______________。

（3）已知碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而减小，上述流程中趁热过滤的目的是________。

（4）煅烧制备LiFePO 4时，反应的化学方程式为_____________________。

（5）某种以LiFePO 4,作正极材料的锂电池总反应可表示为: LiFePO 4+C 垐垎?噲垐?充电放电
Li 1-x FePO 4 +CLi x 。

放电时正极的电极反应式为__________。

【答案】A Al 2O 3·
4SiO 2·H 2O Fe 3++3H ++3CaCO 3= Fe(OH)3+3Ca 2++3CO 2↑或Fe 3++3H ++3CaCO 3+3SO 42-= Fe(OH)3+3CaSO 4+3CO 2↑ Mg(OH)2 FeO(OH)或FeOOH 减小LiCO 3的溶解损失 Li 2CO 3+H 2C 2O 4+2FePO 4
煅烧 2LiFePO 4+3CO 2↑+H 2O↑ Li 1-x FePO 4+xLi ++xe - =LiFePO 4
【解析】
【分析】
锂辉石(主要成分为Li 2O·
Al 2O 3·4SiO 2，含少量铁、钙、镁)加入浓硫酸共热，根据已知信息可知得到的沉淀1主要成分为Al 2O 3·
4SiO 2·H 2O ，滤液中的主要阳离子有Fe 3+、Mg 2+、Ca 2+、Li +；加入碳酸钙和石灰乳可以将过量的氢离子和Fe 3+、Mg 2+除去，滤渣2主要为Fe(OH)3、Mg(OH)2以及硫酸钙；滤液主要杂质离子有Ca 2+和SO 42-；再加入碳酸钠将钙离子除去，得到硫酸锂和硫酸钠的混合溶液，蒸发浓缩后加入饱和碳酸钠溶液，趁热过滤得到碳酸锂沉淀；提纯后加入草酸和磷酸铁经煅烧得到LiFePO 4。

【详解】
(1)锂元素的焰色反应为紫色；铁元素无焰色反应，所以选A ；
(2)根据分析可知，滤渣1主要为Al 2O 3·4SiO 2·H 2O ；得到的红褐色沉淀应为Fe(OH)3，再结合()
()33+ CaCO Fe n n =3以及溶液中有过量的硫酸，所以离子方程式为Fe 3++3H ++3CaCO 3=
Fe(OH)3+3Ca 2++3CO 2↑，考虑到溶液中有大量硫酸根也可以写成Fe 3++3H ++3CaCO 3+3SO 42-= Fe(OH)3+3CaSO 4+3CO 2↑；根据分析可知滤渣2的主要成分是Fe(OH)3、Mg(OH)2以及CaSO 4；摩尔质量为89 g·mol -1，则该物质的式量为89，Fe(OH)3的式量为107,107-89=18，说明脱水过程失去一分子水，所以新物质的化学式为：FeO(OH)；
(3)碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而减小，所以趁热过滤可以减小碳酸锂的溶解度，减少碳酸锂的损耗；
(4)煅烧制备过程的原料为Li 2CO 3、H 2C 2O 4和FePO 4，产物中有LiFePO 4，铁元素的化合价降低，则该过程中某种物质被氧化，根据元素化合价变化规律可知草酸中的C 元素被氧化，由+3价升高为+4价，结合电子守恒和元素守恒可知方程式为：
Li 2CO 3+H 2C 2O 4+2FePO 4 煅烧 2LiFePO 4+3CO 2↑+H 2O↑；
(5)放电时正极得电子发生还原反应，负极失电子被氧化，根据总反应可知负极应为CLi x -xe -=xLi ++C ，正极反应等于总反应减去负极反应，所以正极反应为：即Li 1-x FePO 4+xLi ++xe - =LiFePO 4。

【点睛】
第5题电极方程式书写为本题难点，首先要注意本题中的总反应最后中逆反应为放电反应，其次要注意到该电池中Li 电极为负极，其负极的电极反应式比较好写，则可用总反应减去负极反应即可得到正极反应。

8．为测定氢氧化钠和碳酸钠固体混合物样品中碳酸钠的质量分数，甲、乙两位同学分别设计了如下实验方案：
Ⅰ.甲同学的方案是：将m g 样品溶解，加过量氯化钡溶液，过滤、洗涤、烘干，称得固体为n g 。

(1)混合物中碳酸钠的质量分数为_____(用m 、n 表示)，甲同学洗涤沉淀的具体操作是_____。

(2)Ca 2＋、Ba 2＋都可以使CO 32-沉淀完全，但使用氯化钡溶液比氯化钙溶液所得的结果具有更
高的精确度，原因是①________；②BaCO3的摩尔质量比CaCO3的大，与等质量的Na2CO3反应，Ba2＋产生沉淀的质量大，称量误差小。

Ⅱ.乙同学的方案的实验装置如图所示：
(1)盛有浓硫酸的装置的作用是______。

(2)乙同学的方案的装置中存在一定的缺陷，请你提出改进的方法：______(简单叙述做法，不必画图)。

【答案】106n
197m?
×100% 向沉淀中加入蒸馏水至刚好没过沉淀，静置，待水自然流下后，
再重复2-3次反应生成的Ca(OH)2微溶于水，会使沉淀的质量变大，且碳酸钙的相对分子量小于碳酸钡，会导致称量误差偏大吸收二氧化碳气体中的水蒸气(或干燥二氧化碳) 在气体发生装置前加一个经过碱液处理的通入空气的装置；在碱石灰装置后再连接一个装有碱石灰的装置
【解析】
【分析】
I.(1)混合物中碳酸钠的质量分数=碳酸钠的质量
样品质量
×100%，混合物的质量为m g，碳酸钠的
质量可根据碳酸钡的质量n g来求出；根据沉淀洗涤方法分析；
(2)若用氯化钙的话，反应生成的氢氧化钙微溶于水，会使沉淀的质量变大；
II.(1)根据浓硫酸的吸水性分析；
(2)反应后的装置中会有残留的二氧化碳气体，碱石灰会吸收外面空气中的水和二氧化碳。

【详解】
I.(1)设碳酸钠的质量为x，根据反应方程式：Na2CO3+BaCl2=BaCO3↓+2NaCl可知：每有106 g Na2CO3反应，会产生197 g BaCO3沉淀，则反应产生n g BaCO3沉淀，反应的Na2CO3质量
x=106
ng
197
=
106n
197
g，所以样品中Na2CO3的质量分数为
106n
g
197
mg
×100%=
106n
197m
×100%；
甲同学洗涤沉淀的具体操作是：向沉淀中加入蒸馏水至刚好没过沉淀，静置，待水自然流下后，再重复2-3次；
(2)若用氯化钙，反应生成的Ca(OH)2微溶于水，会使沉淀的质量变大，且碳酸钙的相对分子量小于碳酸钡，会导致称量误差偏大；
II.(1)浓硫酸具有吸水性，盛有浓硫酸的装置的作用是吸收二氧化碳气体中的水蒸气；(2)该方案中没有除去装置中的空气，空气中含有二氧化碳会影响测定结果，另外反应后的装置中也有残留的二氧化碳气体；碱石灰也会吸收外面空气中的水和二氧化碳。

改进方法是在气体发生装置前加一个经过碱液处理的通入空气的装置，在实验前先通入空气，排除。