Question

16．过氧化钠可做航天飞船的供氧剂，对其纯度要求很高，某小组同学为了测定过氧化钠的纯度（杂质为碳酸钠），设计了如下实验方案：

方案一：取m₁g样品，加入足量的CaCl₂溶液，充分反应后过滤、洗涤、干燥，测得CaCO₃沉淀质量为m₂g
方案二：取m₁g样品，用如下装置测得生成二氧化碳的质量m₃g
方案三：取m₁g样品，加水充分溶解并微热至不再产生气体，用c mol•L^-1的盐酸标准溶液滴定所得溶液（甲基橙作指示剂），终点时消耗盐酸的体积为V mL
回答下列问题：（1）方案一中，经正确操作后，测得的过氧化钠的纯度比实际的偏低，其原因是生成微溶的Ca（OH）₂，致使m₂数值偏大．
（2）方案二中，气囊要使用两次，第二次使用的目的是排出装置中生成的CO₂完全被碱石灰吸收．
C干燥管的作用是防止空气中水和二氧化碳进入b中，若用稀盐酸代替稀硫酸，则测定结果偏低（填“高”、“低”、“不影响”）
（3）方案三中，滴定终点的现象是溶液由黄色变成橙色，且半分钟内不变黄，测得过氧化钠的纯度为$\frac{39（0.053Vc-{m}_{1}）}{14{m}_{1}}$×100%（用含m₁、c、V的式子表示）
（4）某小组同学向过氧化钠与水反应后的溶液中滴加酚酞，发现溶液先变红后褪色，针对导致溶液褪色的原因提出两种假设：
假设一：因氢氧化钠溶液的浓度过大而使溶液褪色
假设二：因生成了过氧化氢而使溶液褪色
实验验证：向等体积浓度分别为5mol•L^-1，2mol•L^-1，0.01mol•L^-1的氢氧化钠溶液中滴加2滴酚酞试液，观察到溶液变红后褪色的时间如下：

氢氧化钠浓度（mol•L-1）	5	2	1	0.01
溶液变红后褪色的时间（s）	8	94	450	长时间不褪色

此实验得出的结论是：酚酞在浓的NaOH溶液中先变红后褪色，且碱浓度越大、褪色越快．
设计实验验证假设二：取两份等量的反应液于试管中，向其中一支试管加入少量二氧化锰并微热，滴几滴酚酞，溶液变红且不褪色，另一支试管中直接加入几滴酚酞，溶液变红后又褪色，说明假设二成立．

Answer 1

分析 （1）反应中会生成微弱的氢氧化钙，导致测定碳酸钙测定质量偏大；
（2）圆底烧瓶中生成二氧化碳，用浓硫酸干燥二氧化硫，干燥管b中碱石灰吸收二氧化碳，根据干燥管b质量增大可知二氧化碳的质量，进而计算样品中碳酸钠的质量，可得过氧化钠的纯度，干燥管c吸收空气中水蒸气与二氧化碳，防止加入b中，开始利用气囊鼓入空气排尽装置中空气，用a装置吸收鼓入空气中二氧化碳与水蒸气，结束后再排出装置中二氧化碳进入b中被完全吸收；
若利用与水代替稀硫酸，挥发出的HCl会被b中碱石灰吸收，测定二氧化碳的质量偏大；
（3）滴定终点落在指示剂的变色范围之内，终点时溶液用颜色由黄色变为橙红色；计算消耗HCl的物质的量，反应生成NaCl，根据离子守恒可知过氧化钠、碳酸钠中钠离子总物质的量，再结合质量列方程计算；
（4）由表中数据可知，酚酞在浓的NaOH溶液中先变红后褪色，且碱浓度越大、褪色越快；
若由于生成过氧化氢使溶液红色褪去，可以加入二氧化锰使之分解，再加入酚酞溶液，与直接加入酚酞溶液进行对比验证．

解答 解：（1）反应中会生成微弱的氢氧化钙，导致测定碳酸钙测定质量偏大，计算得到碳酸钠的质量偏大，故测得的过氧化钠的纯度比实际的偏低，
故答案为：生成微溶的Ca（OH）₂，致使m₂数值偏大；
（2）圆底烧瓶中生成二氧化碳，用浓硫酸干燥二氧化硫，干燥管b中碱石灰吸收二氧化碳，根据干燥管b质量增大可知二氧化碳的质量，进而计算样品中碳酸钠的质量，可得过氧化钠的纯度，干燥管c吸收空气中水蒸气与二氧化碳，防止加入b中，开始利用气囊鼓入空气排尽装置中空气，用a装置吸收鼓入空气中二氧化碳与水蒸气，结束后再排出装置中二氧化碳进入b中被完全吸收；
若利用与水代替稀硫酸，挥发出的HCl会被b中碱石灰吸收，测定二氧化碳的质量偏大，计算碳酸钠的质量偏大，故沉淀过氧化钠的纯度偏低，
故答案为：排出装置中生成的CO₂完全被碱石灰吸收；防止空气中水和二氧化碳进入b中；低；
（3）滴定终点落在指示剂的变色范围之内，终点时溶液由黄色变成橙色，且半分钟内不变黄，
消耗HCl的物质的量为0.001V L×c mol/L=0.001Vc mol，则生成NaCl为0.001Vc mol，
设过氧化钠、碳酸钠物质的量分别为xmol、ymol，则：
由钠离子守恒：2x+2y=0.001Vc
根据二者总质量：78x+106y=m₁
解得x=$\frac{0.053Vc-{m}_{1}}{28}$，
则过氧化钠的含量为$\frac{\frac{0.053Vc-{m}_{1}}{28}mol×78g/mol}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{39（0.053Vc-{m}_{1}）}{14{m}_{1}}$×100%，
故答案为：溶液由黄色变成橙色，且半分钟内不变黄；$\frac{39（0.053Vc-{m}_{1}）}{14{m}_{1}}$×100%；
（4）由表中数据可知，酚酞在浓的NaOH溶液中先变红后褪色，且碱浓度越大、褪色越快；
若由于生成过氧化氢使溶液红色褪去，可以加入二氧化锰使之分解，再加入酚酞溶液，与直接加入酚酞溶液进行对比验证，验证假设二的实验方案为：取两份等量的反应液于试管中，向其中一支试管加入少量二氧化锰并微热，滴几滴酚酞，溶液变红且不褪色，另一支试管中直接加入几滴酚酞，溶液变红后又褪色，说明假设二成立，
故答案为：酚酞在浓的NaOH溶液中先变红后褪色，且碱浓度越大、褪色越快；取两份等量的反应液于试管中，向其中一支试管加入少量二氧化锰并微热，滴几滴酚酞，溶液变红且不褪色，另一支试管中直接加入几滴酚酞，溶液变红后又褪色，说明假设二成立．

点评 本题考查物质含量测定实验、物质性质探究实验及实验方案设计等，（3）中含量表达式为易错点，较好地考查学生对原理的理解与分析计算能力，题目难度中等．