Question

12．为测定已部分变质的过氧化钠（假定杂质全部为碳酸钠）的质量分数，设计了如图所示的实验．图中Q为一具有良好弹性的气球（气球不参与反应，也不会被腐蚀），称取一定量的样品放入其中，按图安装的实验装置打开分液漏斗的活塞，将稀硫酸滴入气球中．请填空：

（1）Q内发生反应生成了两种气体，这两种气体为CO₂和O₂．
（2）导管a的作用是平衡分液漏斗上下的压强，使稀H₂SO₄顺利滴下．
（3）为测定反应生成气体的总体积，滴稀硫酸前必须关闭（填K₁、K₂、K₃，下同）K₁、K₂，打开K₃．
（4）当上述反应停止后将K₁、K₂、K₃处于关闭状态，然后先打开K₂，再缓缓打开K₁，这时可观察到的现象是气球Q慢慢缩小，左侧导管有气泡生成，量筒Ⅱ内液面下降．
（5）b中装的固体试剂是碱石灰（或生石灰，或氢氧化钠）．
（6）实验结束时量筒I中x mL水，量筒II中收集y mL气体（体积均已折算到标准状况），则过氧化钠的质量分数是（用最简式表示）$\frac{78y}{53x+25y}$×100%．
（7）小明同学实验测得的过氧化钠的质量分数结果偏小，你认为可能的原因是A
A．气体滞留在Q和导气管中，未全部进入量筒Ⅱ
B．量筒Ⅱ读数时，量筒液面高于水槽液面
C．右侧量筒Ⅰ和储液集气瓶连接导管内的液体没有计入读数x
D．气体体积数值x、y没有扣除滴加的硫酸的体积．

Answer 1

分析 （1）变质的过氧化钠中含有碳酸钠，加入酸后Q内发生反应：2Na₂O₂+2H₂SO₄=2Na₂SO₄+2H₂O+O₂↑、Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，据此判断气体的组成及离子方程式；
（2）为使分液漏斗内液体顺利流下，应是分液漏斗内外压强相等；
（3）反应产生的CO₂、O₂使气球变大，将广口瓶中气体排出，水进入量筒Ⅰ中，所以量筒Ⅰ中水的体积即为产生的CO₂、O₂的体积；
（4）反应停止，打开K₂，再缓缓打开K₁，广口瓶内外相通，气球Q慢慢缩小；
（5）混合气体通过碱石灰（或生石灰，或氢氧化钠）吸收CO₂；
（6）根据化学方程式计算出碳酸钠、过氧化钠的质量并过氧化钠的纯度；
（7）A．气体滞留在Q和导气管中，未全部进入量筒Ⅱ，导致氧气体积减小；
B．量筒Ⅱ读数时，量筒液面高于水槽液面，反应后测定氧气体积增大；
C．右侧量筒Ⅰ和储液集气瓶连接导管内的液体没有计入读数x，总的气体体积减小，则样品的总质量相当于减小；
D、气体体积数值x、y没有扣除滴加的硫酸的体积对测定结果不影响．

解答 解：（1）变质的过氧化钠中含有碳酸钠，加入酸后Q内发生反应：2Na₂O₂+2H₂SO₄=2Na₂SO₄+2H₂O+O₂↑、Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，所以Q内发生反应生成的两种气体的分子式为 O₂、CO₂，这两个反应的离子方程式为2Na₂O₂+4H⁺=4Na⁺+2H₂O+O₂↑、CO₃^2-+2H⁺=H₂O+CO₂↑，
故答案为：O₂；
（2）为使分液漏斗内液体顺利流下，应是分液漏斗内外压强相等，所以导管a的作用是平衡分液漏斗上下的压强使顺利流下，
故答案为：平衡分液漏斗上下的压强，使稀H₂SO₄顺利滴下；
（3）反应产生的CO₂、O₂使气球变大，将广口瓶中气体排出，水进入量筒Ⅰ中，所以量筒Ⅰ中水的体积即为产生的CO₂、O₂的体积，所以滴稀H₂SO₄前必须关闭K₁、K₂打开K₃，
故答案为：K₁、K₂；K₃；
（4）反应停止，打开K₂，再缓缓打开K₁，广口瓶内外相通，气球Q慢慢缩小，量筒Ⅱ内液面下降，
故答案为：气球Q慢慢缩小，左侧导管有气泡生成，量筒Ⅱ内液面下降；
（5）混合气体通过碱石灰（或生石灰，或氢氧化钠）吸收CO₂，故答案为：碱石灰（或生石灰，或氢氧化钠）；
（6）量筒I中有xmL水，则收集到的氧气的物质的量为 $\frac{y×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，量筒II中收集到ymL气体，则收集到的二氧化碳的物质的量为$\frac{（x-y）×1{0}^{-3}}{22.4}$mol，
     2Na₂O₂+2H₂SO₄=2Na₂SO₄+2H₂O+O₂↑    
     2                         1
  $\frac{y×1{0}^{-3}}{22.4}$×2                $\frac{y×1{0}^{-3}}{22.4}$
Na₂CO₃ +H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，

$\frac{（x-y）×1{0}^{-3}}{22.4}$           $\frac{（x-y）×1{0}^{-3}}{22.4}$  
 则过氧化钠的质量为$\frac{y×1{0}^{-3}}{22.4}$×2×78，碳酸钠的质量为$\frac{（x-y）×1{0}^{-3}}{22.4}$×106，
所以过氧化钠的纯度为$\frac{m（N{a}_{2}{O}_{2}）}{m（N{a}_{2}{O}_{2}）+m（N{a}_{2}C{O}_{3}）}$×100%=$\frac{78y}{53x+25y}$×100%，
故答案为：$\frac{78y}{53x+25y}$×100%；
（7）A．气体滞留在Q和导气管中，未全部进入量筒Ⅱ，导致氧气体积减小，计算得到过氧化钠质量减小，纯度减小，故A正确；
B．量筒Ⅱ读数时，量筒液面高于水槽液面，反应后测定生成氧气气体体积增大，过氧化钠的质量增大，测定结果偏高，故B错误；
C．右侧量筒Ⅰ和储液集气瓶连接导管内的液体没有计入读数x，总的气体体积减小，则样品的总质量相当于减小，因此算得过氧化钠的纯度偏高，故C错误；
D、气体体积数值x、y没有扣除滴加的硫酸的体积对测定结果不影响，故D错误；
故答案为：A．

点评 本题考查混合物含量的测定，题目难度中等，本题要搞清量筒Ⅰ、Ⅱ的作用，根据反应的化学方程式计算即可解答，对学生的分析问题的能力及运算能力有较高的要求．