Question

8．疊氮化鈉（NaN₃）被廣泛應用于汽車安全氣囊，某化學小組同學對其進行下列研究．

【查閱資料】
①NaN₃受撞擊會迅速分解生成Na、N₂，寫出該反應的化學方程式2NaN₃$\frac{\underline{\;撞擊\;}}{\;}$2Na+3N₂↑．
②NaN₃遇鹽酸、H₂SO₄溶液無氣體生成；
③堿石灰是CaO和 NaOH的混合物；
④NaN₃工業上制備方法是：將金屬鈉與液態氨反應制得NaNH₂，再將NaNH₂與N₂O反應可生成NaN₃、NaOH和氣體X，該反應的化學方程式為2NaNH₂+N₂O=NaN₃+NaOH+X；則X的化學式為NH₃．
【問題探究】
（一）測定某工業級NaN₃樣品中Na₂CO₃的質量分數
（1）工業級NaN₃中常含有少量的Na₂CO₃，其原因是（用化學方程式表示）2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（2）某同學設計如圖1裝置測出碳酸鈉的質量分數，其實驗數據記錄如下：

稱量項目	稱量時間	質量（g）
試樣		100.00
裝置+稀硫酸質量		241.20
裝置+稀硫酸質量+試樣	反應開始后15秒	339.20
裝置+稀硫酸質量+試樣	反應開始后35秒	339.00
裝置+稀硫酸質量+試樣	反應開始后55秒	339.00

①寫出錐形瓶中發生的反應方程式：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
②若無濃硫酸的洗氣裝置，會使測定的結果偏大（填“偏大”、“偏小”或“不變”）；
③利用表中數據計算出碳酸鈉的質量分數為5.3%．
【問題探究】
（二）測定某工業級樣品中NaN₃的質量分數
小談同學精確稱量0.140g NaN₃樣品，設計如圖2裝置測定其質量分數．
已知2NaN₃→3N₂（NaN₃中的N全部轉化為N₂，其他產物略），反應中放出大量的熱．
（1）檢查該裝置氣密性的方法是：連接好裝置，從水準管注水，左右兩邊出現穩定的液面差，說明氣密性良好．
（2）使用冷水冷凝的目的是：使水蒸氣液化．
（3）傾斜錐形瓶使小試管中的NaN₃樣品與M溶液接觸充分反應． 常溫下測得量氣管讀數為67.2mL（N₂的密度為1.25g/L），則實驗中選用的量氣管規格合適的是A（填字母序號）．
A.100mL        B.1L       C.2L
（4）計算工業級樣品中NaN₃的質量分數（寫出計算過程，結果保留0.1%）．

Answer 1

分析 【查閱資料】：
①根據信息判斷反應物、生成物、反應條件，然后寫出方程式；
④根據質量守恒定律的實質來判斷X的化學式，再根據氣體的酸堿性考慮；
【問題探究】：
（一）
（1）氫氧化鈉和空氣中的二氧化碳反應反應生成碳酸鈉，據此回答；
（2）①從題目中給出的反應原理進行分析解答；
②根據C裝置的濃硫酸干燥CO₂氣體，若無C裝置會使實驗結果偏大解答；
③根據表中信息可知：反應前后減少的質量為生成的二氧化碳的質量，利用生成的二氧化碳的質量和化學方程式Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑計算出樣品中碳酸鈉的質量，然后根據質量分數公式便可計算出樣品中純堿的質量分數．
（二）
（1）根據出現液面差后，如裝置嚴密，裝置內的氣壓不變的情況回答．
（2）反應可能產生水蒸氣，使用冷水冷凝可除去生成的氣體中的水蒸氣；
（3）量取體積時，量筒的量程要和所測體積相近，且只能一次量出．
（4）先根據體積和密謀計算氮氣的體積，再利用關系式2NaN₃→3N₂計算NaN₃樣品的純度．

解答 解：（1）汽車經撞擊后，30毫秒內引發NaN₃迅速分解為Na、N₂，即反應物是NaN₃，生成物是Na、N₂，條件是撞擊，所以反應方程式為 2NaN₃$\frac{\underline{\;撞擊\;}}{\;}$2Na+3N₂↑；
（2）根據質量守恒定律，反應前后原子的種類和數目不變，可確定氣體X的化學式為：NH₃，氨氣溶于水形成的氨水顯堿性，能使濕潤的紅色石蕊試紙變藍，使無色酚酞試液變紅色，所以可以用無色酚酞試紙或紅色石蕊試紙檢測；
【問題探究】：
（1）工業級NaN₃中常含有少量的Na₂CO₃，其原因是氫氧化鈉和空氣中的二氧化碳反應反應生成碳酸鈉，故答案為：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O
（2）①錐形瓶中發生的反應方程式：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
②C裝置的濃硫酸干燥CO₂氣體，若無C裝置會使實驗結果偏大；
③根據表中信息可知：反應前后減少的質量為生成的二氧化碳的質量，二氧化碳的質量=100.00g+241，20g-339.00g=2.2g
設樣品中碳酸鈉的質量是x．
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                                          44
x                                             2.2g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{2.2g}$
x=5.3g
碳酸鈉的質量分數為：$\frac{5.3g}{100g}$×100%=5.3%
（二）
（1）連接好裝置，從水準瓶注水，量氣管中液面與右邊液面形成高度差，做好標記，一段時間后，如裝置嚴密，裝置內氣壓不變，兩邊高度差不變；
（2）反應可能產生水蒸氣，使用冷水冷凝的目的是除去生成的氣體中的水蒸氣．
（3）量取體積時，量筒的量程要和所測體積相近，且只能一次量出，所以選100mL的量筒．
（4）生成氮氣的質量為67.2mL÷1000mL/L×1.25g/L=0.084g．
設NaN₃樣品的純度X
2NaN₃$\frac{\underline{\;撞擊\;}}{\;}$2Na+3N₂↑．
130             84
X•0.140g     0.084g
$\frac{130}{X×0.140g}=\frac{84}{0.084g}$
解得：X=92.9%
答案：
（一）①2NaN₃$\frac{\underline{\;撞擊\;}}{\;}$2Na+3N₂↑；④NH₃，
【問題探究】：
（一）（1）2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O； （2）①Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；②偏大；③5.3%
（二）
（1）左右兩邊出現穩定的液面差；
（2）使水蒸氣液化（或除去水蒸氣）；
（3）A；
（4）92.9%．

點評 綜合實驗涉及知識面廣，對學生思維能力要求高，既考查知識的識記、理解、遷移、運用，又考查分析、對比、歸納等思維能力，符合素質教育培養學生能力的要求，對這類題目要重點訓練．