Question

3．過碳酸鈉（2Na₂CO₃•3H₂O₂）是一種集洗滌、漂白、殺菌于一體的氧系漂白劑．某興趣小組制備過碳酸鈉的實驗方案（圖1）和裝置示意圖（圖2）如下：


已知：主反應：2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂ （s）△H＜0
副反應：2H₂O₂═2H₂O+O₂↑ 50℃時2Na₂CO₃•3H₂O₂ （s） 開始分解
請回答下列問題：
（1）步驟①的關鍵是控制溫度，原因是制備過碳酸鈉是放熱反應，防止H₂O₂和過碳酸鈉分解．
（2）在濾液X中加入適量NaCl固體目的是增大鈉離子濃度，有利于過碳酸鈉的析出（鹽析作用）．
（3）步驟③中選用無水乙醇洗滌產品的目的是洗去水份，利于干燥．
（4）下列物質中，會引起過碳酸鈉失效的有BD．
A．NaHCO₃          B．Na₂SO₃         C．Na₂SiO₃          D．HCl
（5）過碳酸鈉產品中往往含有少量碳酸鈉，可用重量法測定過碳酸鈉的質量分數；其操作步驟：取樣品溶解→加入BaCl₂溶液→過濾→洗滌→干燥→稱量．需要直接測定的物理量有：樣品的質量m₁g、沉淀的質量m₂g（用字母表示并注明其含義）．產品中過碳酸鈉質量分數的表達式為：$\frac{314（m{\;}_{1}-\frac{106m{\;}_{2}}{197}）}{102m{\;}_{1}}$．

Answer 1

分析 雙氧水和碳酸鈉混合控制溫度發生反應2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂（s），靜置過濾得到固體2Na₂CO₃•3H₂O₂，將固體洗滌、干燥得到較純凈的2Na₂CO₃•3H₂O₂；
（1）根據副反應，溫度過高時導致H₂O₂和過碳酸鈉分解其產率過低，據此分析；
（2）溶液X中含有溶解的過碳酸鈉，鈉離子濃度越大，過碳酸鈉的溶解度越小；
（3）過碳酸鈉難溶于乙醇，水和乙醇互溶；
（4）過碳酸鈉相當于帶結晶雙氧水的碳酸鈉，具有雙氧水和碳酸鈉的性質，強酸、還原性物質易促進過碳酸鈉反應而導致失效；
（5）沉淀法測定過碳酸鈉質量分數需要稱量樣品質量和沉淀質量，列方程計算過碳酸鈉的質量，進而計算得到過碳酸鈉質量分數．

解答 解：（1）制備過碳酸鈉是放熱反應，反應過程中放出的熱量使溫度升高，又根據副反應，溫度過高會導致H₂O₂和過碳酸鈉分解，從而降低其產率，所以步驟①的關鍵是控制溫度，故答案為：控制溫度；制備過碳酸鈉是放熱反應，防止H₂O₂和過碳酸鈉分解；
（2）加入氯化鈉固體，鈉離子濃度增大，降低了過碳酸鈉的溶解度，有利于過碳酸鈉的析出，故答案為：增大鈉離子濃度，有利于過碳酸鈉的析出（鹽析作用）；
（3）過碳酸鈉難溶于無水乙醇，無水乙醇能和水互溶，且極易揮發，所以選用無水乙醇洗滌的目的是：減少過碳酸鈉的溶解損失，并帶走水分利于干燥，故答案為：減少過碳酸鈉的溶解損失，并帶走水分利于干燥；
（4）過碳酸鈉相當于帶結晶雙氧水的碳酸鈉，具有雙氧水和碳酸鈉的性質，亞硫酸鈉具有還原性與雙氧水反應，HCl具有強酸性可以與碳酸鈉反應，碳酸氫鈉和硅酸鈉都不與過碳酸鈉反應，所以能引起過碳酸鈉失效的是亞硫酸鈉和HCl，故選：BD；
（5）實驗過程中直接測定的物理量為樣品的質量m₁g、沉淀的質量m₂g，沉淀物質的量=$\frac{m{\;}_{2}g}{197g/mol}$=$\frac{m{\;}_{2}}{197}$mol，設過碳酸鈉物質的量為x，含有的碳酸鈉物質的量為y，
依據碳元素守恒得到：2x+y=$\frac{m{\;}_{2}}{197}$，
由質量可得：314x+106y=m₁
解得x=$\frac{m{\;}_{1}-\frac{m{\;}_{2}×106}{197}}{102}$
則過碳酸鈉質量分數為：$\frac{m{\;}_{1}-\frac{m{\;}_{2}×106}{197}}{102}$mol×314g/mol÷m₁g=$\frac{314（m{\;}_{1}-\frac{106m{\;}_{2}}{197}）}{102m{\;}_{1}}$，
故答案為：樣品的質量m₁g、沉淀的質量m₂g；$\frac{314（m{\;}_{1}-\frac{106m{\;}_{2}}{197}）}{102m{\;}_{1}}$．

點評 本題考查制備實驗方案設計，側重考查分析、計算及知識遷移、基本操作能力，難點是過碳酸鈉質量分數的計算，靈活運用原子守恒解答，（4）利用知識遷移方法解答即可，題目難度中等．