Question

7．不少家庭养观赏鱼，有时会在鱼缸里放点“鱼浮灵”，可使水中的含氧量迅速增加．请你和小欣同学一起完成这项探究活动．

【查阅资料】过碳酸钠，白色结晶颗粒，易溶于水并迅速放出氧气．
【猜想假设】“鱼浮灵”的主要成分是过碳酸钠．
【性质探究】

实验	主要操作步骤（如图1）	主要实验现象	结论
（1）	在集气瓶中加入少量MnO2（黑色固体），在仪器a中加入新配制的“鱼浮灵”的饱和水溶液；打开仪器a的活塞，放出适量溶液后，在导管口放一根带火星的木条	有气泡逸出，能使带火星木条复燃	“鱼浮灵”溶于水生成过氧化氢
（2）	关闭仪器a，在仪器b中加入稀盐酸，打开活塞，放出适量溶液后，在导管口放一燃着的木条	生成大量无色气泡，木条熄灭	“鱼浮灵”溶于水生成碳酸钠

【结果分析】主要成分是过碳酸钠，根据化学反应方程式：X+H₂O═Na₂CO₃+H₂O₂，推出过碳酸钠的化学式X为Na₂CO₄．
【工业制备】（如图2）
（3）稳定剂的作用是防止H₂O₂分解（或防止过碳酸钠分解），稳定剂中MgCl₂和Na₂SiO₃发生复分解反应，生成一种难溶物将过碳酸钠粒子包裹住，该反应的化学方程式为MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）浊液中加入异丙醇的作用是降低过碳酸钠的溶解度（或减少过碳酸钠的溶解或提高产率等）．
【测定纯度】
实验资料：过碳酸钠样品中的杂质不溶于水且不与水反应．
实验原理：2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
实验装置：如图3所示
交流与讨论
Ⅰ．甲同学认为测定产物中O₂的体积即可测定样品（含有的杂质不溶于水且不与酸反应）的纯度（样品中过碳酸钠的质量分数）．
（5）装置②的作用是：吸收二氧化碳和氯化氢气体；
（6）装置③的作用是：检验二氧化碳是否完全被吸收；
（7）称取适量样品与足量浓盐酸充分反应后，收集到的氧气的体积为0.25L（已知该实验条件下氧气的密度为1.28g/L），则称取的样品质量应大于2.44g．
Ⅱ．乙同学认为测定产物中CO₂的质量（即反应前后装置②的质量差）就可测定样品的纯度．但利用上述实验装置测得CO₂的质量并计算样品的纯度，结果会偏高，你认为原因可能是ABC（填序号）．
A．浓盐酸易挥发，产生的氯化氢气体被装置②吸收
B．二氧化碳气体逸出时带出的水蒸气在装置②中冷凝而被吸收
C．装置①、②内空气中的二氧化碳被装置②吸收
Ⅲ．丙同学提出了一种新方案，得到了大家的一致认可：称取样品12.5g，滴加足量浓盐酸至样品反应完全，再将烧瓶中所有的液体蒸发、结晶、烘干，称得氯化钠固体11.7g，则该样品的纯度为多少？（写出计算过程）

Answer 1

分析 探究一：
【设计方案】根据实验结论可知，应该加入二氧化锰固体；根据检验碳酸根离子的方法来分析；
【结果分析】根据化学反应前后，原子种类和数目不变来分析解答；
【工业制备】
（3）实验中加入稳定剂的作用是为防止过碳酸钠分解而失效；根据反应物、生成物，书写化学方程式；
（4）浊液中加入异丙醇的作用是降低过碳酸钠在溶液中的溶解度以提高产率；
交流与讨论
Ⅰ．（1）根据实验原理2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O，要测定氧气的量，必须先除去二氧化碳、氯化氢气体等，再根据实验装置图即可得出答案；
（2）二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，可利用此现象鉴别二氧化碳；
（3）先求出氧气的质量，再根据化学方程式中氧气与过碳酸钠的质量关系，即可列比例求解出样品中的过碳酸钠的质量，那么样品的质量就应该大于这个质量；
Ⅱ．理论上可以根据生成二氧化碳的量求样品纯度，但是实际上难以通过实验测得纯净的二氧化碳的质量，因为反应前后装置②的质量差中还包括氯化氢和水蒸气的质量；所以难以求解；
Ⅲ．根据化学方程式中氯化钠与过碳酸钠的质量关系，即可列比例求解样品中的过碳酸钠的质量．

解答 解：探究一：【设计方案】①过碳酸氢钠溶于水，在二氧化锰的催化作用下，迅速的分解产生氧气，能使带火星的木条复燃；
②常用稀盐酸来检验碳酸根离子的存在，向待测物质中加入稀盐酸，若能产生使澄清的石灰水变浑浊的气体，则证明该物质中含有碳酸根离子；
【结果分析】由质量守恒定律知，化学式X中含有两个钠原子、一个碳原子和四个氧原子，所以X化学式是Na₂CO₄．
【工业制备】
（3）实验中加入稳定剂的作用是为防止H₂O₂分解（或防止过碳酸钠分解）而失效；稳定剂中的氯化镁MgCl₂与硅酸钠Na₂SiO₃发生复分解反应，能生成氯化钠和难溶的硅酸镁，覆盖在过碳酸钠表面起保护作用，其化学方程式为MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）由框图可知，加入异丙醇后经操作Ⅰ后得到的是滤液和晶体，因此操作Ⅰ应该是过滤步骤，由此可知，加入异丙醇的作用是降低过碳酸钠的溶解度（过碳酸钠在有机溶剂中的溶解度较小）以利于其析出晶体，因此浊液中加入异丙醇的作用是降低过碳酸钠的溶解度（或减少过碳酸钠的溶解或提高产率等）；
交流与讨论
Ⅰ．（1）装置②中浓氢氧化钠的作用是除去二氧化碳和氯化氢气体；
（2）装置③中澄清石灰水的作用是验证二氧化碳是否被除尽；
（3）设收集到的氧气的体积为0.25L，需要过碳酸钠的质量为x，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244                                      32
   x                                  0.25L×1.28g/L
$\frac{244}{x}=\frac{32}{0.25L×1.28g/L}$
解得x=2.44g
Ⅱ．测得二氧化碳的体积偏大，原因可能有：浓盐酸易挥发，产生的氯化氢气体被装置②吸收；二氧化碳气体逸出时带出的水蒸气在装置②中冷凝而被吸收；装置①、②内空气中的二氧化碳被装置②吸收；
Ⅲ．设样品中过碳酸钠的质量为y，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244                  234   
   y                  11.7g
$\frac{244}{y}=\frac{234}{11.7g}$
解得y=12.2g
该样品的纯度为：$\frac{12.2g}{12.5g}$×100%=97.6%
故答案为：
探究一：【设计方案】

实验	主要操作步骤	主要实验现象
①	MnO2	有气泡逸出，能使带火星木条复燃
②	稀盐酸

【结果分析】Na₂CO₄．
【工业制备】
（3）MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）降低过碳酸钠的溶解度（或减少过碳酸钠的溶解或提高产率等）；
交流与讨论
Ⅰ．吸收二氧化碳和氯化氢气体；检验二氧化碳是否完全被吸收；2.44g
Ⅱ．ABC
Ⅲ．97.6%

点评 本题主要考查学生运用所学化学知识综合分析和解决实际问题的能力．增加了学生分析问题的思维跨度，强调了学生整合知识的能力．考查实验装置和混合物中样品纯度的计算．有关化学方程式的计算，要注意带入方程式计算的必须是实际参加反应或实际生成的物质质量，否则就会造成实验结果的偏大或偏小．