Question

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受撞擊會生成Na、N₂．
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的制備方法是：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和氨氣（NH₃）．
[問題探究]
（1）汽車經撞擊后，30毫秒內引發NaN₃迅速分解，寫出該反應的化學方程式：______．
（2）工業級NaN₃中常含有少量的Na₂CO₃，其原因是（用化學方程式表示）：______．
（3）為測定某工業級NaN₃樣品中含有Na₂CO₃的質量分數，化學小組同學設計了如下實驗裝置．

①小明同學認為通過測定裝置 I中反應前后B的質量差，再通過相應計算，就可測定Na₂CO₃的純度，小組內同學通過討論認為不可以，其理由可能是______．
②小剛同學在大家討論的基礎上，設計了裝置II．請分析：裝置II中A的作用______；若無裝置C，對測定結果造成的影響是______（填“偏大”、“偏小”或“無影響”）；
③根據裝置II，小組同學設計的實驗步驟有：
a．稱量裝置D．
b．稱量樣品，檢查裝置氣密性．
c．打開彈簧夾，鼓入空氣．
d．打開分液漏斗的活塞和玻璃塞，注入足量的稀硫酸，關閉活塞和玻璃塞．
其正確順序為______（填字母序號，可重復）．
（4）該小組對某一工業級NaN₃樣品進行檢測．取100克該樣品于燒杯中，加水將其溶解，然后逐滴加入一定溶質質量分數的稀硫酸并不斷振蕩．
首先發生的反應是：2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄；
然后發生的反應是：2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑；
在上述過程中生成二氧化碳的質量與加入稀硫酸質量的關系如圖甲所示．

①請你根據以上信息，在圖乙的坐標系中畫出檢測過程中燒杯中溶液的質量隨滴加硫酸溶液質量的變化曲線．
②計算該樣品中純堿的質量分數．

Answer 1

解（1）根據題目中信息“NaN₃受撞擊會生成Na、N₂”可得此反應的反應物是疊氮化鈉，生成物是鈉和氮氣，反應條件是撞擊，故答案為：2NaN₃2Na+3N₂↑；
（2）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
（3）①裝置I用濃鹽酸與樣品反應，濃鹽酸具有揮發性，產生的氯化氫氣體被裝置B吸收，二氧化碳氣體逸出時帶出的水蒸氣在裝置B中冷凝而被吸收；裝置A內空氣中的二氧化碳被裝置B吸收；A中生成的二氧化碳不能全部進入B裝置，使實驗產生誤差等．故答案為：濃鹽酸有揮發性，揮發出的氯化氫氣體會帶來實驗誤差；
②裝置II中A中藥品是堿石灰，堿石灰可作干燥劑，能吸收空氣中的水分和二氧化碳，防止空氣中水蒸汽和二氧化碳干擾試驗；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；CO₂通入澄清石灰水，使澄清石灰水變渾濁，裝置E的作用是檢驗二氧化碳是否被D裝置完全吸收，防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入D裝置．故答案為：吸收空氣中的二氧化碳和水；偏大；
③根據裝置II，小組同學設計的實驗步驟為：稱量樣品，檢查裝置氣密性；打開彈簧夾，鼓入空氣；稱量裝置D；打開分液漏斗的活塞和玻璃塞，注入足量的稀硫酸，關閉活塞和玻璃塞；打開彈簧夾，鼓入空氣；稱量裝置D；其正確順序為 bcadca；
（4）①本實驗中首先發生的反應是：2Na₂CO₃+H₂SO₄=2NaHCO₃+Na₂SO₄，然后發生的反應是：2NaHCO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+2H₂O+2CO₂↑．從圖甲可看出當加入稀硫酸的質量是50g時開始生成二氧化碳，從而導致溶液質量增加變慢；當加入稀硫酸100g的時候，二氧化碳不再產生，溶液質量增加速率恢復到以前．故答案為：

②從圖甲看，最多生成的二氧化碳的質量是4.4g．設樣品中碳酸鈉的質量是x．
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106 44
x 4.4g
=
解得：x=10.6g
根據質量分數公式可得該樣品中純堿的質量分數為：×100%=10.6%
答：該樣品中純堿的質量分數為10.6%．
分析：（1）根據信息“NaN₃受撞擊會生成Na、N₂”判斷反應物、生成物、反應條件，然后寫出方程式；
（2）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；
（3）①濃鹽酸易揮發，產生的氯化氫氣體，進入B裝置；二氧化碳氣體逸出時帶出的水蒸氣在裝置B中冷凝而被吸收；裝置A內空氣中的二氧化碳被裝置B吸收；A中生成的二氧化碳不能全部進入B裝置，使實驗產生誤差等．據此分析；
②根據堿石灰、濃硫酸、澄清石灰水的成分和用途回答；
③根據反應原理設計試驗步驟；
（4）①從題目中給出的反應原理和圖象進行分析解答；
②此反應的總的化學方程式是Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑，根據圖中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．
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．