Question

我們知道氧氣是人體生命所必需的，在一般情況下，人可以呼吸空氣中的氧氣，但在特殊情況下，如在核潛艇里工作的人員，如何獲得氧氣呢？研究表明用“金屬過(guò)氧化物處理系統(tǒng)”使氧“再生”具有良好的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值．
已知：淡黃色的過(guò)氧化鈉固體在常溫下即能與二氧化碳反應(yīng)生成氧氣
反應(yīng)方程式為：2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂
（1）你認(rèn)為用這種方法制氧氣的優(yōu)點(diǎn)是

 

；
（2）小明欲探究過(guò)氧化鈉吸收和釋放的氣體之間體積關(guān)系以及反應(yīng)的熱效應(yīng)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下，請(qǐng)回答下列相關(guān)問(wèn)題：
①簡(jiǎn)述檢查裝置氣密性的方法

 

；
②向U形管內(nèi)盛裝過(guò)量的Na₂O₂藥品，注射器中為二氧化碳?xì)怏w，連接好裝置．藥品為什么需過(guò)量

 

；
③緩緩?fù)苿?dòng)注射器A活塞，片刻，可以觀察到溫度計(jì)液柱明顯上升，說(shuō)明反應(yīng)

 

（填“吸熱”或“放熱”）同時(shí)還可以觀察到固體粉末發(fā)生變化的現(xiàn)象是

 

；
④小明查閱資料得知：相同的條件下，相同體積的氣體具有相等的分子數(shù)，則待A注射器中二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)完全后，裝置恢復(fù)至常溫，B注射器中活塞應(yīng)停留在

 

mL處．（不考慮實(shí)驗(yàn)帶來(lái)的誤差）
（3）Na₂O₂露置在空氣中容易發(fā)生變質(zhì)，如何檢驗(yàn)已經(jīng)變質(zhì)，簡(jiǎn)述方法、現(xiàn)象和結(jié)論．

 

變質(zhì)的程度如何呢？部分同學(xué)對(duì)“已部分變質(zhì)的Na₂O₂（含Na₂CO₃）的純度測(cè)定”設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)，步驟如下：
①按圖（1）連接裝置，并檢查氣密性；②準(zhǔn)確稱得盛有堿石灰的干燥管D的質(zhì)量為w₁g；③準(zhǔn)確稱得mg樣品放入容器b中；④打開a，緩緩滴入稀硫酸，至不再產(chǎn)生氣泡為止；⑤打開彈簧夾，往試管A中緩緩鼓入空氣數(shù)分鐘，然后稱得干燥管D的總質(zhì)量為w₂g；⑥根據(jù)D裝置質(zhì)量差進(jìn)行計(jì)算．試回答：
i寫出盛放稀硫酸的實(shí)驗(yàn)儀器名稱

 

；
ii若④⑤兩步的實(shí)驗(yàn)操作太快，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)定的Na₂O₂的純度

 

（填“偏大”或“偏小”）．
iii鼓入空氣的目的是

 

，裝置A中試劑X應(yīng)選用

 

；
ivE裝置的作用是

 

；
（4）小紅同學(xué)通過(guò)查閱資料了解到Na₂O₂還能與水反應(yīng)，方程式為：2Na₂O₂+2H₂O═4NaOH+O₂↑于是她根據(jù)這一原理設(shè)計(jì)了另一種測(cè)定Na₂O₂的純度的方法：①稱取20g樣品于一只質(zhì)量為45g的錐形中；②一次性加入20mL蒸餾水后將錐形瓶放置在電子天平上，觀察顯示數(shù)字的變化，并記錄（數(shù)據(jù)見下表）；③進(jìn)行計(jì)算．

時(shí)間/s	60	120	180	240	300
天平示數(shù)/g	83.82	82.43	82.15	81.80	81.80

i從上表數(shù)據(jù)判斷，

 

秒時(shí)，已經(jīng)反應(yīng)完全；
ii請(qǐng)你幫小紅同學(xué)計(jì)算此樣品中Na₂O₂的純度，并寫出過(guò)程．

Answer 1

分析：（1）從反應(yīng)條件，反應(yīng)物和生成物等方面分析反應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)；
（2）①根據(jù)裝置特點(diǎn)探究裝置氣密性的檢查方法；②向U形管內(nèi)盛裝過(guò)量的Na₂O₂藥品，注射器中為二氧化碳?xì)怏w，連接好裝置，根據(jù)特殊情況下，核潛艇里工作的人員生活情況探究藥品為什么需過(guò)量；③由溫度計(jì)顯示此反應(yīng)放出熱量，同時(shí)還可以觀察到淡黃色的固體粉末逐漸變?yōu)榘咨��?BR>（3）根據(jù)Na₂O₂露置在空氣中能與二氧化碳反應(yīng)生成碳酸鈉發(fā)生變質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證Na₂O₂是否變質(zhì)；根據(jù)裝置的特點(diǎn)和反應(yīng)原理分析實(shí)驗(yàn)過(guò)程；
（4）a．仔細(xì)觀察上表數(shù)據(jù)即可判斷20gNa₂O₂與20mL水反應(yīng)的時(shí)間；b．根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算出生成的氧氣的質(zhì)量，再根據(jù)Na₂O₂與水反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算此樣品中Na₂O₂的純度．

解答：解：（1）在特殊情況下，核潛艇里工作的人員利用淡黃色的過(guò)氧化鈉固體在常溫下即能與二氧化碳反應(yīng)生成氧氣，用這種方法制氧氣的優(yōu)點(diǎn)是：反應(yīng)條件低、方便攜帶、產(chǎn)物無(wú)污染、產(chǎn)生氧氣同時(shí)還吸收了二氧化碳；
（2）①檢查裝置氣密性的方法：推動(dòng)A注射器的活塞，則B中活塞向右移動(dòng)，且收集的氣體體積相同，則氣密性良好；
②向U形管內(nèi)盛裝過(guò)量的Na₂O₂藥品，注射器中為二氧化碳?xì)怏w，連接好裝置，根據(jù)特殊情況下，核潛艇里工作的人員生活情況分析藥品過(guò)量的原因：確保二氧化碳完全反應(yīng)，得到純凈的氧氣；
③由溫度計(jì)顯示此反應(yīng)放出熱量，說(shuō)明此反應(yīng)為放熱反應(yīng)，同時(shí)還可以觀察到淡黃色的固體粉末逐漸變?yōu)榘咨�的現(xiàn)象．
④因?yàn)橄嗤�的條件下，相同體積的氣體具有相等的分子數(shù)，根據(jù)2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂看出二氧化碳的氧氣的體積比是2：1，則待A注射器中二氧化碳?xì)怏w反應(yīng)完全后，裝置恢復(fù)至常溫，B注射器中活塞應(yīng)停留在 50mL處．
（3）Na₂O₂露置在空氣中容易發(fā)生變質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂．用實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)其變質(zhì)的過(guò)程：取樣品少許于試管中，加入稀鹽酸，若產(chǎn)生氣體，通入石灰水，石灰石變渾濁，說(shuō)明已變質(zhì)．
i盛放稀硫酸的實(shí)驗(yàn)儀器名稱為分液漏斗
ii若④⑤兩步的實(shí)驗(yàn)操作太快，生成的二氧化碳不會(huì)被堿石灰完全吸收，測(cè)出的碳酸鈉質(zhì)量比實(shí)際質(zhì)量少，則會(huì)導(dǎo)致測(cè)定的Na₂O₂的純度偏大．
iii鼓入空氣的目的是將裝置中殘留的二氧化碳鼓出，使反應(yīng)充分，為了吸收掉空氣中二氧化碳，裝置A中試劑X應(yīng)選用 NaOH溶液；
ivE裝置的作用是防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入D裝置，影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
（4）i．仔細(xì)觀察上表數(shù)據(jù)即可判斷20gNa₂O₂與20mL水完全反應(yīng)的時(shí)間是240秒；
ii．根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算出生成的氧氣的質(zhì)量是85g-81.8g=3.2g，再根據(jù)Na₂O₂與水反應(yīng)的化學(xué)方程式：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑．計(jì)算此樣品中Na₂O₂的純度為：78%．
故答案為：（1）反應(yīng)條件低、方便攜帶、產(chǎn)物無(wú)污染、產(chǎn)生氧氣同時(shí)還吸收了二氧化碳（寫出一點(diǎn)即可）
（2）其中一只注射器中抽取一定體積空氣，連好裝置，緩緩?fù)苿?dòng)，看另一只中能否收集到等體積的氣體，若能說(shuō)明氣密性良好．
將二氧化碳完全轉(zhuǎn)化為氧氣，減少實(shí)驗(yàn)誤差；放熱；淡黃色的粉末逐漸變?yōu)榘咨�粉末�?nbsp;50mL；
（3）取少量固體樣品滴加稀鹽酸，將氣體通入澄清石灰水若出現(xiàn)渾濁說(shuō)明已變質(zhì)；
分液漏斗；偏大；將裝置中殘留的二氧化碳鼓出，使反應(yīng)充分；NaOH溶液；防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進(jìn)入D裝置；
（4）240
過(guò)程：
由題意得  氧氣的質(zhì)量為 20g+45g+20g-81.80g=3.2g
設(shè)：Na₂O₂的質(zhì)量為x
2Na₂O₂+2H₂O═4NaOH+O₂↑
156                32
x                  3.2g

156

x

=

32

3.2g

解得 x=15.6g
所以Na₂O₂的純度=

15.6g

20g

×100%=78%

點(diǎn)評(píng)：此題探究過(guò)氧化鈉固體在常溫下與二氧化碳反應(yīng)原理、現(xiàn)象、用途等知識(shí)點(diǎn)，涉及知識(shí)面很廣，探究問(wèn)題較多，是鍛煉學(xué)生能力的一道不可多得的好題．