Question

過碳酸鈉（2Na₂CO₃·3H₂O₂）廣泛用于洗滌、紡織、醫療、造紙等。某興趣小組展開了深入的學習：
【資料卡片】：

Ⅰ、制備研究：下圖是制備過碳酸鈉的工藝流程。

請回答問題：
（1）反應器中發生反應的化學方程式為      ；
（2）生產中，反應及干燥均需在較低溫度下進行，原因是      ；
（3）生產過程中，需加入較多的NaCl，以便過碳酸鈉晶體析出，這是因為      。
（4）操作A的名稱是    ，若在實驗室完成此操作，需要的玻璃儀器是燒杯、     和      ；
（5）洗滌過碳酸鈉晶體最好選用      。
A．蒸餾水    B．無水酒精    C．飽和碳酸鈉溶液    D．飽和NaCl溶液
（6）母液可以循環使用，其中主要含有的溶質是      和      ；
Ⅱ、純度測定：測定過碳酸鈉樣品（雜質不溶于水）中2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量分數。
小組同學設計了如下圖所示實驗裝置（部分儀器略去），并進行實驗。

【實驗步驟】：①      ；②將過碳酸鈉樣品（2.20g）和少許黑色粉末均勻混合后置于裝置A中，在量筒中加滿水；③連接儀器，打開分液漏斗活塞，緩緩滴入水；④待裝置A中      時，停止滴加水，并關閉活塞；⑤待量筒中水面不再變化時，記錄其中水面刻度；⑥根據數據進行計算。
【實驗分析及數據處理】：
（7）完善實驗步驟的相關內容：①      、④      ；
（8）實驗中，水的作用是       ；黑色粉末能加快過碳酸鈉的分解速率，其自身質量和化學性質在反應前后均不變，可能是       （填化學式）；
（9）實驗中，      ，則開始收集氣體；（2分）
A．剛開始出現氣泡時       B．當氣泡均勻連續出現時
C．若用帶火星木條放在導管口部，復燃時
（10）若量筒中收集到氣體的體積是224mL（通常情況下，氧氣的密度近似為1.43g·L^—1。），計算過碳酸鈉樣品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量分數［3分，Mr（2Na₂CO₃·3H₂O₂）=314、Mr（O₂）=32］      ；
【實驗反思】：
（11）經過討論，小組同學一致認為測定結果偏大，可能原因是      ；
（12）量筒中長導管的作用是      ；
（13）有同學提出，裝置中原有空氣會使測定結果偏大。這種說法是否正確，如不正確，請說明理由。      ；
（14）經過討論，小組同學一致認為可用下述方案進行測定。方案：將裝置A中剩余物過濾，洗滌濾渣，并將洗滌液并入濾液蒸發得無水固體1.39g。則樣品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量分數為      。
（15）根據資料卡片，你還能設計出什么方案測定樣品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量分數？      。（只需給出簡要的方案）

Answer 1

（1）2Na₂CO₃+3H₂O₂=2Na₂CO₃·3H₂O₂ （2）防止過碳酸鈉分解，影響產量和產率
（3）過碳酸鈉在NaCl溶液中溶解度較小，易析出晶體
（4）過濾 玻璃棒 漏斗   （5）B   （6）NaCl   Na₂CO₃（或H₂O₂）
（7）檢查氣密性 不再產生氣體時   （8）溶解過碳酸鈉，利于其分解  MnO₂（或CuO）
（9）A（2分）
（10）95.0％
（11）滴入的水占據了錐形瓶內的體積，使得O₂體積偏大
（12）起緩沖作用，防止溫度降低至室溫時，測量結果產生偏差（或防倒吸）
（13）不正確，裝置中原有空氣和生成的O₂等體積代換 （注：理由敘述不正確不給分）  
（14）93.6％（或93.5％）
（15）想方法測出過碳酸鈉和酸反應生成CO₂的體積或質量，進而進行計算（或過碳酸鈉和氯化鈣、氯化鋇等溶液生成沉淀質量進行測定）（其他合理答案也可得分）

試題分析：（1）根據制備過碳酸鈉的工藝流程圖可知，反應器中的反應物是Na₂CO₃溶液和H₂O₂溶液，生成物是制備的過碳酸鈉，故反應的化學方程式為2Na₂CO₃+3H₂O₂=2Na₂CO₃·3H₂O₂。
（2）根據資料卡片可知，過碳酸鈉不穩定，受熱、遇水易分解，故為了防止過碳酸鈉分解，影響產量和產率，在生產中，反應及干燥均需在較低溫度下進行。
（3）根據題意分析，加入較多的NaCl，能使過碳酸鈉晶體析出，說明相同溫度下，過碳酸鈉在NaCl溶液中的溶解度，要比在水中的溶解度小，溶液容易達到過飽和狀態而有晶體析出。
（4）根據圖示可知，操作A是將母液和不溶于母液的晶體分離開來的操作，故為過濾；過濾需要過濾器，自然需要漏斗，同時還需要玻璃棒引流。
（5）由于過碳酸鈉不穩定，遇水易分解，故洗滌過碳酸鈉晶體時不能涉及到水，所以最好選用無水酒精，故選B。
（6）根據圖示可知，為了能使過碳酸鈉晶體析出，向溶液中加入了大量的NaCl，故母液中一定含有NaCl，此外，該母液是Na₂CO₃的母液，即為Na₂CO₃的飽和溶液，故溶液中一定含有Na₂CO₃。
（7）①根據題意，要利用該裝置制取并收集氧氣，故需要裝置不能漏氣，所以反應前要檢查裝置的氣密性；④當A中不再產生氣體時，說明過碳酸鈉已完全反應，則不需再加水。
（8）根據題意，過碳酸鈉不穩定，遇水易分解，所以加水能促進其分解，同時水能溶解過碳酸鈉，增大其與催化劑的接觸面，增加反應的速率；
根據題意，黑色粉末能加快過碳酸鈉的分解速率，而其自身質量和化學性質在反應前后均不變，故該黑色粉末是該反應的催化劑，故可能是MnO₂（或CuO）。
（9）當有氣泡產生時，說明反應已經開始，故要立即收集。故選A
（10）根據公式計算，過碳酸鈉分解產生氧氣質量=224mL×10^—3×1.43g/L^—1 = 0.32g；
設過碳酸鈉樣品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量為x
2(2Na₂CO₃·3H₂O₂) =4Na₂CO₃ + 6H₂O + 3O₂↑
628                         96
x                          0.32g
628：96=x：0.32g
解得x=2.09g
則樣品中，2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量分數=
（11）由于滴入的水占據了錐形瓶內一定的體積，故使得O₂體積偏大。
（12）根據資料卡片可知，過碳酸鈉分解反應過程中會放出熱量，故生成的氧氣會受熱膨脹，而當反應結束溫度降低至室溫時，裝置內壓強減小，而此時由于長導管的開口已在水面以上，故可防止倒吸。
（13）不正確，因為裝置中原有的空氣雖在反應開始時被排入量筒，但由于壓強的原因，最后裝置中仍會保留一部分生成的氧氣，故相當于裝置中原有空氣和生成的O₂等體積代換。
（14）根據資料可知，2(2Na₂CO₃·3H₂O₂) = 4Na₂CO₃ + 6H₂O + 3O₂↑，故完全反應后的溶液中的溶質是Na₂CO₃，所以將裝置A中剩余物過濾，洗滌濾渣（催化劑），并將洗滌液并入濾液蒸發，得到的1.39g無水固體即為Na₂CO₃晶體的質量。
設過碳酸鈉樣品中2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量為x
2(2Na₂CO₃·3H₂O₂) =4Na₂CO₃ + 6H₂O + 3O₂↑
628          424
x            1.39g
628：424=x：1.39g
解得x=2.06g
則樣品中，2Na₂CO₃·3H₂O₂的質量分數=
（15）根據資料卡片可知，過碳酸鈉具有碳酸鈉的性質，故可加酸和其反應，并想辦法測出過碳酸鈉和酸反應生成CO₂的體積或質量，進而進行計算。
點評：對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規律，根據給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現象，來驗證該物質的性質或變化規律等。