Question

过碳酸钠（2Na₂CO₃·3H₂O₂）广泛用于洗涤、纺织、医疗、造纸等。某兴趣小组展开了深入的学习：

【资料卡片】：

Ⅰ、制备研究：下图是制备过碳酸钠的工艺流程。

请回答问题：

（1）反应器中发生反应的化学方程式为      ；

（2）生产中，反应及干燥均需在较低温度下进行，原因是      ；

（3）生产过程中，需加入较多的NaCl，以便过碳酸钠晶体析出，这是因为      。

（4）操作A的名称是    ，若在实验室完成此操作，需要的玻璃仪器是烧杯、     和      ；

（5）洗涤过碳酸钠晶体最好选用      。

A．蒸馏水    B．无水酒精    C．饱和碳酸钠溶液    D．饱和NaCl溶液

（6）母液可以循环使用，其中主要含有的溶质是      和      ；

Ⅱ、纯度测定：测定过碳酸钠样品（杂质不溶于水）中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数。

小组同学设计了如下图所示实验装置（部分仪器略去），并进行实验。

【实验步骤】：①      ；②将过碳酸钠样品（2.20g）和少许黑色粉末均匀混合后置于装置A中，在量筒中加满水；③连接仪器，打开分液漏斗活塞，缓缓滴入水；④待装置A中      时，停止滴加水，并关闭活塞；⑤待量筒中水面不再变化时，记录其中水面刻度；⑥根据数据进行计算。

【实验分析及数据处理】：

（7）完善实验步骤的相关内容：①      、④      ；

（8）实验中，水的作用是       ；黑色粉末能加快过碳酸钠的分解速率，其自身质量和化学性质在反应前后均不变，可能是       （填化学式）；

（9）实验中，      ，则开始收集气体；（2分）

A．刚开始出现气泡时       B．当气泡均匀连续出现时

C．若用带火星木条放在导管口部，复燃时

（10）若量筒中收集到气体的体积是224mL（通常情况下，氧气的密度近似为1.43g·L^—1。），计算过碳酸钠样品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数［3分，Mr（2Na₂CO₃·3H₂O₂）=314、Mr（O₂）=32］      ；

【实验反思】：

（11）经过讨论，小组同学一致认为测定结果偏大，可能原因是      ；

（12）量筒中长导管的作用是      ；

（13）有同学提出，装置中原有空气会使测定结果偏大。这种说法是否正确，如不正确，请说明理由。      ；

（14）经过讨论，小组同学一致认为可用下述方案进行测定。方案：将装置A中剩余物过滤，洗涤滤渣，并将洗涤液并入滤液蒸发得无水固体1.39g。则样品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数为      。

（15）根据资料卡片，你还能设计出什么方案测定样品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数？      。（只需给出简要的方案）

 

Answer 1

【答案】

（1）2Na₂CO₃+3H₂O₂=2Na₂CO₃·3H₂O₂ （2）防止过碳酸钠分解，影响产量和产率

（3）过碳酸钠在NaCl溶液中溶解度较小，易析出晶体

（4）过滤 玻璃棒 漏斗   （5）B   （6）NaCl   Na₂CO₃（或H₂O₂）

（7）检查气密性 不再产生气体时   （8）溶解过碳酸钠，利于其分解  MnO₂（或CuO）

（9）A（2分）

（10）95.0％

（11）滴入的水占据了锥形瓶内的体积，使得O₂体积偏大

（12）起缓冲作用，防止温度降低至室温时，测量结果产生偏差（或防倒吸）

（13）不正确，装置中原有空气和生成的O₂等体积代换 （注：理由叙述不正确不给分）  

（14）93.6％（或93.5％）

（15）想方法测出过碳酸钠和酸反应生成CO₂的体积或质量，进而进行计算（或过碳酸钠和氯化钙、氯化钡等溶液生成沉淀质量进行测定）（其他合理答案也可得分）

【解析】

试题分析：（1）根据制备过碳酸钠的工艺流程图可知，反应器中的反应物是Na₂CO₃溶液和H₂O₂溶液，生成物是制备的过碳酸钠，故反应的化学方程式为2Na₂CO₃+3H₂O₂=2Na₂CO₃·3H₂O₂。

（2）根据资料卡片可知，过碳酸钠不稳定，受热、遇水易分解，故为了防止过碳酸钠分解，影响产量和产率，在生产中，反应及干燥均需在较低温度下进行。

（3）根据题意分析，加入较多的NaCl，能使过碳酸钠晶体析出，说明相同温度下，过碳酸钠在NaCl溶液中的溶解度，要比在水中的溶解度小，溶液容易达到过饱和状态而有晶体析出。

（4）根据图示可知，操作A是将母液和不溶于母液的晶体分离开来的操作，故为过滤；过滤需要过滤器，自然需要漏斗，同时还需要玻璃棒引流。

（5）由于过碳酸钠不稳定，遇水易分解，故洗涤过碳酸钠晶体时不能涉及到水，所以最好选用无水酒精，故选B。

（6）根据图示可知，为了能使过碳酸钠晶体析出，向溶液中加入了大量的NaCl，故母液中一定含有NaCl，此外，该母液是Na₂CO₃的母液，即为Na₂CO₃的饱和溶液，故溶液中一定含有Na₂CO₃。

（7）①根据题意，要利用该装置制取并收集氧气，故需要装置不能漏气，所以反应前要检查装置的气密性；④当A中不再产生气体时，说明过碳酸钠已完全反应，则不需再加水。

（8）根据题意，过碳酸钠不稳定，遇水易分解，所以加水能促进其分解，同时水能溶解过碳酸钠，增大其与催化剂的接触面，增加反应的速率；

根据题意，黑色粉末能加快过碳酸钠的分解速率，而其自身质量和化学性质在反应前后均不变，故该黑色粉末是该反应的催化剂，故可能是MnO₂（或CuO）。

（9）当有气泡产生时，说明反应已经开始，故要立即收集。故选A

（10）根据公式计算，过碳酸钠分解产生氧气质量=224mL×10^—3×1.43g/L^—1 = 0.32g；

设过碳酸钠样品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量为x

2(2Na₂CO₃·3H₂O₂) =4Na₂CO₃ + 6H₂O + 3O₂↑

628                         96

x                          0.32g

628：96=x：0.32g

解得x=2.09g

则样品中，2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数=

（11）由于滴入的水占据了锥形瓶内一定的体积，故使得O₂体积偏大。

（12）根据资料卡片可知，过碳酸钠分解反应过程中会放出热量，故生成的氧气会受热膨胀，而当反应结束温度降低至室温时，装置内压强减小，而此时由于长导管的开口已在水面以上，故可防止倒吸。

（13）不正确，因为装置中原有的空气虽在反应开始时被排入量筒，但由于压强的原因，最后装置中仍会保留一部分生成的氧气，故相当于装置中原有空气和生成的O₂等体积代换。

（14）根据资料可知，2(2Na₂CO₃·3H₂O₂) = 4Na₂CO₃ + 6H₂O + 3O₂↑，故完全反应后的溶液中的溶质是Na₂CO₃，所以将装置A中剩余物过滤，洗涤滤渣（催化剂），并将洗涤液并入滤液蒸发，得到的1.39g无水固体即为Na₂CO₃晶体的质量。

设过碳酸钠样品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量为x

2(2Na₂CO₃·3H₂O₂) =4Na₂CO₃ + 6H₂O + 3O₂↑

628          424

x            1.39g

628：424=x：1.39g

解得x=2.06g

则样品中，2Na₂CO₃·3H₂O₂的质量分数=

（15）根据资料卡片可知，过碳酸钠具有碳酸钠的性质，故可加酸和其反应，并想办法测出过碳酸钠和酸反应生成CO₂的体积或质量，进而进行计算。

考点：饱和溶液和不饱和溶液，过滤，书写化学方程式，实验探究物质的组成成分以及含量，盐的化学性质，根据化学反应方程式的计算

点评：对于验证型实验探究，要熟记物质的性质或变化规律，根据给出的实验设计方案，进行实验、分析和探究，并通过观察、记录和分析的实验现象，来验证该物质的性质或变化规律等。