《2025年学霸高考黑题化学人教版》

(2025·四川成都模拟)实验室用如图装置(夹持、搅拌等装置已省略)制备氢化铝钠$(NaAlH_{4})$。

简要步骤如下：
Ⅰ. 在$A$瓶中分别加入$50\ mL$含$3.84\ g\ NaH$的四氢呋喃悬浊液、$0.10\ g\ NaAlH_{4}$固体，搅拌，接通冷凝水，控温$30^{\circ}C$。
Ⅱ. 滴加$50\ mL$含$5.34\ g\ AlCl_{3}$的四氢呋喃溶液，有白色固体析出。
Ⅲ. 滴加完后，充分搅拌$1\ h$，放置沉降，分离出固体和清液，经一系列操作得到产品。
已知：①$NaAlH_{4}$在室温干燥空气中能稳定存在，遇水易燃烧爆炸，易溶于四氢呋喃( )，难溶于甲苯。常压下，四氢呋喃沸点为$66^{\circ}C$。
②$4NaH + AlCl_{3} = NaAlH_{4} + 3NaCl$；$3NaAlH_{4} + AlCl_{3} = 4AlH_{3} + 3NaCl$；$AlH_{3} + NaH = NaAlH_{4}$。
请回答：
(1)仪器$B$名称是温度计，装置中$CaCl_{2}$的主要作用是避免空气中的水分与$\mathrm{NaAlH}_{4}$接触发生爆炸。
(2)请写出$NaAlH_{4}$遇水发生反应的化学方程式$\mathrm{NaAlH}_{4}+4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\xlongequal\ \mathrm{Na[Al(OH)_{4}]}+4\mathrm{H}_{2}\uparrow$。
(3)步骤Ⅰ中，加少量$NaAlH_{4}$固体的作用是可加快反应速率（合理即可）(写出其中一条)。步骤Ⅲ中，“沉降”得到的清液的主要成分为四氢呋喃和$\mathrm{NaAlH}_{4}$。
(4)若称量纯化后的$NaAlH_{4}$质量为$1.612\ g$，计算该反应的产率为$70\%$。
(5)氢化钠是一种重要的还原剂和供氢剂。氢化钠的晶胞类似氯化钠的晶胞，如图所示。

已知：晶胞参数为$a\ nm$。$NaH$晶体中阴、阳离子半径之比为$1+\sqrt{2}$。

答案：
巩固训练3（1）温度计 避免空气中的水分与$\mathrm{NaAlH}_{4}$接触发生爆炸（2）$\mathrm{NaAlH}_{4}+4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\xlongequal\ \mathrm{Na[Al(OH)_{4}]}+4\mathrm{H}_{2}\uparrow$（3）可加快反应速率（合理即可） 四氢呋喃和$\mathrm{NaAlH}_{4}$（4）$70\%$（5）$1+\sqrt{2}$
解题思路向$50\ \mathrm{mL}$含$3.84\ \mathrm{g}\ \mathrm{NaH}$的四氢呋喃悬浮液中加入$50\ \mathrm{mL}$含$5.34\ \mathrm{g}\ \mathrm{AlCl}_{3}$的四氢呋喃溶液发生反应：$4\mathrm{NaH}+\mathrm{AlCl}_{3}\xlongequal\ \mathrm{NaAlH}_{4}+3\mathrm{NaCl}$，$\mathrm{NaAlH}_{4}$易溶于四氢呋喃，而$\mathrm{NaCl}$为离子晶体，难溶于四氢呋喃，故析出的白色固体为$\mathrm{NaCl}$，过滤之后，向$\mathrm{NaAlH}_{4}$的四氢呋喃溶液中加入甲苯，可以析出$\mathrm{NaAlH}_{4}$。
解析：（1）由于要控制反应的温度为$30^{\circ}C$，需要控温，故仪器B为温度计；由于$\mathrm{NaAlH}_{4}$在室温干燥空气中能稳定存在，遇水易燃烧爆炸，故$\mathrm{CaCl}_{2}$用于吸收水蒸气，避免空气中的水分与$\mathrm{NaAlH}_{4}$接触发生爆炸。（2）$\mathrm{NaAlH}_{4}$遇水发生反应$\mathrm{NaAlH}_{4}+4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}\xlongequal\ \mathrm{Na[Al(OH)_{4}]}+4\mathrm{H}_{2}\uparrow$，生成$\mathrm{Na[Al(OH)_{4}]}$和氢气。（3）在步骤Ⅰ中，加少量$\mathrm{NaAlH}_{4}$固体，使反应$3\mathrm{NaAlH}_{4}+\mathrm{AlCl}_{3}\xlongequal\ 4\mathrm{AlH}_{3}+3\mathrm{NaCl}$速率加快，生成$\mathrm{AlH}_{3}$，$\mathrm{AlH}_{3}$再与$\mathrm{NaH}$发生反应$\mathrm{AlH}_{3}+\mathrm{NaH}\xlongequal\ \mathrm{NaAlH}_{4}$，可以加快整个反应速率；由于$\mathrm{NaAlH}_{4}$易溶于四氢呋喃( )，难溶于甲苯，故步骤Ⅲ中，“沉降”得到的清液的主要成分为四氢呋喃和$\mathrm{NaAlH}_{4}$。（4）$3.84\ \mathrm{g}\ \mathrm{NaH}$的物质的量为$\frac{3.84\ \mathrm{g}}{24\ \mathrm{g· mol^{-1}}}=0.16\ \mathrm{mol}$，$5.34\ \mathrm{g}\ \mathrm{AlCl}_{3}$的物质的量为$\frac{5.34\ \mathrm{g}}{(27 + 35.5×3)\ \mathrm{g· mol^{-1}}}=0.04\ \mathrm{mol}$，由$4\mathrm{NaH}+\mathrm{AlCl}_{3}\xlongequal\ \mathrm{NaAlH}_{4}+3\mathrm{NaCl}$可知，理论上生成的$\mathrm{NaAlH}_{4}$的物质的量为$0.04\ \mathrm{mol}$，质量为$m = 0.04\ \mathrm{mol}×54\ \mathrm{g· mol^{-1}}=2.16\ \mathrm{g}$，纯化后的$\mathrm{NaAlH}_{4}$质量为$1.612\ \mathrm{g}$，则实际生成的$\mathrm{NaAlH}_{4}$质量为$1.612\ \mathrm{g}-0.10\ \mathrm{g}=1.512\ \mathrm{g}$，计算该反应的产率为$\frac{1.512\ \mathrm{g}}{2.16\ \mathrm{g}}×100\%=70\%$。（5）由晶胞截面图可列式，$4r_{\mathrm{H}^{-}}=\sqrt{2}a$，$2r_{\mathrm{H}^{-}}+2r_{\mathrm{Na}^{+}}=a$，即可解得$\frac{r_{\mathrm{H}^{-}}}{r_{\mathrm{Na}^{+}}}=1+\sqrt{2}$