Question

7．不少家庭養觀賞魚，有時會在魚缸里放點“魚浮靈”，可使水中的含氧量迅速增加．請你和小欣同學一起完成這項探究活動．

【查閱資料】過碳酸鈉，白色結晶顆粒，易溶于水并迅速放出氧氣．
【猜想假設】“魚浮靈”的主要成分是過碳酸鈉．
【性質探究】

實驗	主要操作步驟（如圖1）	主要實驗現象	結論
（1）	在集氣瓶中加入少量MnO2（黑色固體），在儀器a中加入新配制的“魚浮靈”的飽和水溶液；打開儀器a的活塞，放出適量溶液后，在導管口放一根帶火星的木條	有氣泡逸出，能使帶火星木條復燃	“魚浮靈”溶于水生成過氧化氫
（2）	關閉儀器a，在儀器b中加入稀鹽酸，打開活塞，放出適量溶液后，在導管口放一燃著的木條	生成大量無色氣泡，木條熄滅	“魚浮靈”溶于水生成碳酸鈉

【結果分析】主要成分是過碳酸鈉，根據化學反應方程式：X+H₂O═Na₂CO₃+H₂O₂，推出過碳酸鈉的化學式X為Na₂CO₄．
【工業制備】（如圖2）
（3）穩定劑的作用是防止H₂O₂分解（或防止過碳酸鈉分解），穩定劑中MgCl₂和Na₂SiO₃發生復分解反應，生成一種難溶物將過碳酸鈉粒子包裹住，該反應的化學方程式為MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）濁液中加入異丙醇的作用是降低過碳酸鈉的溶解度（或減少過碳酸鈉的溶解或提高產率等）．
【測定純度】
實驗資料：過碳酸鈉樣品中的雜質不溶于水且不與水反應．
實驗原理：2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
實驗裝置：如圖3所示
交流與討論
Ⅰ．甲同學認為測定產物中O₂的體積即可測定樣品（含有的雜質不溶于水且不與酸反應）的純度（樣品中過碳酸鈉的質量分數）．
（5）裝置②的作用是：吸收二氧化碳和氯化氫氣體；
（6）裝置③的作用是：檢驗二氧化碳是否完全被吸收；
（7）稱取適量樣品與足量濃鹽酸充分反應后，收集到的氧氣的體積為0.25L（已知該實驗條件下氧氣的密度為1.28g/L），則稱取的樣品質量應大于2.44g．
Ⅱ．乙同學認為測定產物中CO₂的質量（即反應前后裝置②的質量差）就可測定樣品的純度．但利用上述實驗裝置測得CO₂的質量并計算樣品的純度，結果會偏高，你認為原因可能是ABC（填序號）．
A．濃鹽酸易揮發，產生的氯化氫氣體被裝置②吸收
B．二氧化碳氣體逸出時帶出的水蒸氣在裝置②中冷凝而被吸收
C．裝置①、②內空氣中的二氧化碳被裝置②吸收
Ⅲ．丙同學提出了一種新方案，得到了大家的一致認可：稱取樣品12.5g，滴加足量濃鹽酸至樣品反應完全，再將燒瓶中所有的液體蒸發、結晶、烘干，稱得氯化鈉固體11.7g，則該樣品的純度為多少？（寫出計算過程）

Answer 1

分析 探究一：
【設計方案】根據實驗結論可知，應該加入二氧化錳固體；根據檢驗碳酸根離子的方法來分析；
【結果分析】根據化學反應前后，原子種類和數目不變來分析解答；
【工業制備】
（3）實驗中加入穩定劑的作用是為防止過碳酸鈉分解而失效；根據反應物、生成物，書寫化學方程式；
（4）濁液中加入異丙醇的作用是降低過碳酸鈉在溶液中的溶解度以提高產率；
交流與討論
Ⅰ．（1）根據實驗原理2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O，要測定氧氣的量，必須先除去二氧化碳、氯化氫氣體等，再根據實驗裝置圖即可得出答案；
（2）二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，可利用此現象鑒別二氧化碳；
（3）先求出氧氣的質量，再根據化學方程式中氧氣與過碳酸鈉的質量關系，即可列比例求解出樣品中的過碳酸鈉的質量，那么樣品的質量就應該大于這個質量；
Ⅱ．理論上可以根據生成二氧化碳的量求樣品純度，但是實際上難以通過實驗測得純凈的二氧化碳的質量，因為反應前后裝置②的質量差中還包括氯化氫和水蒸氣的質量；所以難以求解；
Ⅲ．根據化學方程式中氯化鈉與過碳酸鈉的質量關系，即可列比例求解樣品中的過碳酸鈉的質量．

解答 解：探究一：【設計方案】①過碳酸氫鈉溶于水，在二氧化錳的催化作用下，迅速的分解產生氧氣，能使帶火星的木條復燃；
②常用稀鹽酸來檢驗碳酸根離子的存在，向待測物質中加入稀鹽酸，若能產生使澄清的石灰水變渾濁的氣體，則證明該物質中含有碳酸根離子；
【結果分析】由質量守恒定律知，化學式X中含有兩個鈉原子、一個碳原子和四個氧原子，所以X化學式是Na₂CO₄．
【工業制備】
（3）實驗中加入穩定劑的作用是為防止H₂O₂分解（或防止過碳酸鈉分解）而失效；穩定劑中的氯化鎂MgCl₂與硅酸鈉Na₂SiO₃發生復分解反應，能生成氯化鈉和難溶的硅酸鎂，覆蓋在過碳酸鈉表面起保護作用，其化學方程式為MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）由框圖可知，加入異丙醇后經操作Ⅰ后得到的是濾液和晶體，因此操作Ⅰ應該是過濾步驟，由此可知，加入異丙醇的作用是降低過碳酸鈉的溶解度（過碳酸鈉在有機溶劑中的溶解度較小）以利于其析出晶體，因此濁液中加入異丙醇的作用是降低過碳酸鈉的溶解度（或減少過碳酸鈉的溶解或提高產率等）；
交流與討論
Ⅰ．（1）裝置②中濃氫氧化鈉的作用是除去二氧化碳和氯化氫氣體；
（2）裝置③中澄清石灰水的作用是驗證二氧化碳是否被除盡；
（3）設收集到的氧氣的體積為0.25L，需要過碳酸鈉的質量為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．測得二氧化碳的體積偏大，原因可能有：濃鹽酸易揮發，產生的氯化氫氣體被裝置②吸收；二氧化碳氣體逸出時帶出的水蒸氣在裝置②中冷凝而被吸收；裝置①、②內空氣中的二氧化碳被裝置②吸收；
Ⅲ．設樣品中過碳酸鈉的質量為y，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244                  234   
   y                  11.7g
$\frac{244}{y}=\frac{234}{11.7g}$
解得y=12.2g
該樣品的純度為：$\frac{12.2g}{12.5g}$×100%=97.6%
故答案為：
探究一：【設計方案】

實驗	主要操作步驟	主要實驗現象
①	MnO2	有氣泡逸出，能使帶火星木條復燃
②	稀鹽酸

【結果分析】Na₂CO₄．
【工業制備】
（3）MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）降低過碳酸鈉的溶解度（或減少過碳酸鈉的溶解或提高產率等）；
交流與討論
Ⅰ．吸收二氧化碳和氯化氫氣體；檢驗二氧化碳是否完全被吸收；2.44g
Ⅱ．ABC
Ⅲ．97.6%

點評 本題主要考查學生運用所學化學知識綜合分析和解決實際問題的能力．增加了學生分析問題的思維跨度，強調了學生整合知識的能力．考查實驗裝置和混合物中樣品純度的計算．有關化學方程式的計算，要注意帶入方程式計算的必須是實際參加反應或實際生成的物質質量，否則就會造成實驗結果的偏大或偏小．