Question

4．某学生课外活动小组，模拟呼吸面具中的反应原理，设计用下图所示的仪器来制取氧气并测量氧气的体积．图中量气装置E由甲、乙两根玻璃管组成，它们由橡皮管连通，并装入适量水．甲管有刻度（0-50mL），供量气用；乙管可上下移动调节液面高低．
实验可供选用的药品还有：稀硫酸、盐酸、过氧化钠、碳酸钠、大理石、水．

试完成下列问题：
（1）图中各装置接口连接顺序是⑤③④⑥⑦②①⑧（⑥、⑦可换位）（填各接口的编号，其中连接胶管及夹持装置均省略）．
（2）装置C中放入的反应物是大理石和盐酸．
（3）装置D中发生的化学反应方程式2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑ 2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂↑
（4）装置A的作用是除去混在O₂中未反应的CO₂，装置B的作用是吸收CO₂中混有的HCl．
（5）为了较准确测量氧气的体积，除了必须检查整个装置的气密性之外，在读反应前后甲管中液面的读数及求其差值的过程中，应注意a和c（填字母编号）．
a．视线与凹液面最低处相平             b．等待片刻，待乙管中液面不再上升时立刻读数
c．读数时应上下移动乙管，使甲、乙两管液面相平  d．读数时不一定使甲、乙两管液面相平
（6）反应结束后，测得产生的气体标准状况下体积为22.4mL，则反应过程中转移的电子数目为1.204×10²¹．

Answer 1

分析 题目要求利用过氧化钠与二氧化碳（潮湿）反应制取氧气，故首先需要制备二氧化碳．只有仪器C可以用来制取二氧化碳．制气原料应该采用大理石和盐酸，此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢．须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶，以除去这些氯化氢．然后使净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气，该仪器只能选用装置D．此反应属于气体与固体之间的反应，不易反应完全，为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳，可以使它们通过仪器A．在测量氧气体积时，为了使测量更为准确，要注意上下移动仪器E中的乙管，使甲、乙两管的液面相平，以使甲管中的气压与大气气压相等，同时视线应与甲管内凹液面最低处相平，以减少观察误差，
（1）仪器C可以用来制取二氧化碳，连接3用来除去HCl，4连接6可使二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气，然后连接2可除去未反应的二氧化碳，最后连接8测量气体的体积，据此分析装置连接顺序；
（2）只有仪器C可以用来制取二氧化碳，制气原料应该采用大理石和盐酸；
（3）装置D中是二氧化碳、水蒸气通过过氧化钠来制取氧气：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂↑，故答案为：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂↑；
（4）仪器C可以用来制取二氧化碳，此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢，须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶，以除去这些氯化氢，净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气，通过氢氧化钠溶液吸收混在氧气中的二氧化碳气体；
（5）排水量器操作注意：①读数时要调节E中甲乙的液面使其同一高度；②读数时视线要与凹液面最低处相平，③恢复到室温；
（6）反应结束后，测得产生的气体标准状况下体积为22.4mL，为过氧化钠生成的氧气，2mol过氧化钠反应生成1mol氧气，电子转移2mol．

解答 解：（1）仪器C可以用来制取二氧化碳，连接3用来除去HCl，4连接6可使二氧化碳与过氧化钠反应生成氧气，然后连接2可除去未反应的二氧化碳，最后连接8测量气体的体积，所以顺序为：⑤③④⑥⑦②①⑧（⑥、⑦可换位），
故答案为：⑤③④⑥⑦②①⑧（⑥、⑦可换位）；
（2）只有仪器C可以用来制取二氧化碳，制气原料应该采用大理石和盐酸，可在C中加止水夹，可控制反应的进行，
故答案为：大理石；盐酸；
（3）装置D中是二氧化碳、水蒸气通过过氧化钠来制取氧气，反应的化学方程式：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂↑，
故答案为：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑；2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂↑；
（4）仪器C可以用来制取二氧化碳，此法制得的二氧化碳中会含有少量氯化氢，须通过装有碳酸氢钠溶液的洗气瓶，以除去这些氯化氢，净化后的二氧化碳通过过氧化钠来制取氧气，为了除去生成的氧气中混有未反应的二氧化碳，可以使它们通过仪器A，
故答案为：除去混在O₂中未反应的CO₂；吸收CO₂中混有的HCl；
（5）为了较准确地测量氧气的体积，除了必须检查整个装置的气密性之外，在读取反应前后甲管中液面的读数．求其差值的过程中，应注意：①读数时要调节E中甲乙的液面使其同一高度；②读数时视线要与凹液面最低处相平，故答案为：a、c．
（6）反应结束后，测得产生的气体标准状况下体积为22.4mL，为过氧化钠生成的氧气物质的量=$\frac{0.0224L}{22.4L/mol}$=0.001mol，2mol过氧化钠反应生成1mol氧气，电子转移2mol，电子转移物质的量0.002mol，转移的电子数目为6.02×10²³×0.002mol×N_A=1.204×10²¹，
故答案为：1.204×10²¹．

点评 本题考查过氧化钠与二氧化碳的反应，并考查气体的制备、除杂、量气等知识，题目难度中等，本题注意把握实验原理和操作方法，注重基础知识的积累．