Question

9．化学反应的条件多种多样，“撞击”也是其中的一种．如：NaN₃、Fe₂O₃、KClO₄、NaHCO₃等组成的混合物受撞击时会产生大量气体，因而曾用作汽车安全气囊的产气药剂，其原理如下：
①NaN₃受撞击分解产生金属钠和氮气；
②金属钠将Fe₂O₃中铁置换出来，同时又将KClO₄还原为KCl；
③NaHCO₃受热分解．
请回答下列问题：
（1）KClO₄（高氯酸钾）中氯元素的化合价为+7，NaN₃（叠氮酸钠）中阴离子的符号为N₃^-．
（2）若取100g上述产气药剂进行实验（假设各物质均反应完全）
①产生的气体成分有CO₂、N₂、H₂O（填化学式）．
②所得固体产物遇水显强碱性，则固体产物中有Na₂O、Na₂CO₃（填化学式）．
③若气体通过足量的碱石灰后体积为33.6L（标准状况），则产气药剂中NaN₃的质量分数为65%．
（3）欲使各物质均反应完全，从最初反应物和最终生成物的组成来分析，产气药剂中有关物质的物质的量n（ NaN₃）、n（Fe₂O₃）、n（KClO₄）三者之间，应满足的定量关系是n（NaN₃）=6n（Fe₂O₃）+8n（KClO₄）．
（4）已知相关物质的溶解度随温度变化的曲线如图，请补充完整实验室制取KClO₄的步骤为：称取一定质量的KCl、NaClO₄溶解后加热，冷却结晶，过滤，蒸馏水洗涤干净，真空干燥得到KClO₄．

Answer 1

分析 （1）根据在化合物中正负化合价代数和为零进行分析解答；NaN₃（叠氮酸钠）中阴离子的符号为N₃^-；
（2）NaN₃受撞击分解产生金属钠和氮气，反应方程式为2NaN₃ $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑；金属钠将Fe₂O₃中铁置换出来，同时又将KClO₄还原为KCl，反应方程式为Fe₂O₃+6Na $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Fe+3Na₂O，KClO₄+8Na $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$KCl+4Na₂O；NaHCO₃不稳定，受热易分解，生成稳定的Na₂CO₃、H₂O、CO₂，反应方程式为2NaHCO₃ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O，据此分析解答；
（3）根据反应方程式依次为2NaN₃ $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑，Fe₂O₃+6Na $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Fe+3Na₂O，KClO₄+8Na $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$KCl+4Na₂O分析；
（4）由溶解度图可知，NaClO₄溶解度较大，KClO₄溶解度较小，从溶液中制取KClO₄，称取一定质量的KCl、NaClO₄溶解后加热反应、再冷却结晶，过滤，蒸馏水洗涤干净，真空干燥得到KClO₄．

解答 解：（1）根据在化合物中正负化合价代数和为零，可得高氯酸钾中氯元素的化合价为：（+1）+x+（-2）×4=0，解答 x=+7；NaN₃（叠氮酸钠）中阴离子的符号为N₃^-；故答案为：+7；N₃^-；
（2）①根据以上分析，气药剂反应生成的混合气体为CO₂、N₂、H₂O，故答案为：CO₂、N₂、H₂O；
②根据以上分析，固体产物中有Na₂O、Na₂CO₃，故答案为：Na₂O、Na₂CO₃；
③气药剂反应生成的混合气体为H₂O、CO₂、N₂，碱石灰恰好能吸收水和二氧化碳，所以若气体通过足量的碱石灰后体积为33.6L（标准状况）即N₂，物质的量为$\frac{33.6L}{22.4L/mol}$=1.5mol，化学反应过程中遵守氮原子守恒，可知NaN₃的物质的量为$\frac{1.5mol×2}{3}$=1mol，NaN₃的质量为1mol×65g/mol=65g，气药剂中NaN₃的质量分数为$\frac{65g}{100g}$×100%=65%，故答案为：65%；
（3）由以上分析，反应方程式依次为2NaN₃ $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑，Fe₂O₃+6Na $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Fe+3Na₂O，KClO₄+8Na $\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$KCl+4Na₂O，所以欲使各物质均反应完全，则有n（ NaN₃）=6n（Fe₂O₃）+8n（KClO₄），故答案为：n（ NaN₃）=6n（Fe₂O₃）+8n（KClO₄）；
（4）由溶解度图可知，NaClO₄溶解度较大，KClO₄溶解度较小，从溶液中制取KClO₄，称取一定质量的KCl、NaClO₄溶解后加热反应、再冷却结晶，过滤，蒸馏水洗涤干净，真空干燥得到KClO₄，故答案为：冷却结晶，过滤．

点评 本题以汽车安全气囊的产气药剂为载体，考查化学反应方程式的书写、化合价的计算以及物质的量与质量、气体摩尔体积之间的计算，原子守恒等，属于拼合型题目，侧重对基础知识的考查，中等难度．