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“金屬過氧化物處理系統”使氧“再生”具有良好的實際應用價值．
已知：淡黃色的過氧化鈉固體在常溫下即能與二氧化碳反應生成氧氣
反應方程式為：2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂
（1）你認為用這種方法制氧氣的優點是

 

；
（2）小明欲探究過氧化鈉吸收和釋放的氣體之間體積關系以及反應的熱效應，設計實驗如下，請回答下列相關問題：
①簡述檢查裝置氣密性的方法

 

；
②向U形管內盛裝過量的Na₂O₂藥品，注射器中為二氧化碳氣體，連接好裝置．藥品為什么需過量

 

；
③緩緩推動注射器A活塞，片刻，可以觀察到溫度計液柱明顯上升，說明反應

 

（填“吸熱”或“放熱”）同時還可以觀察到固體粉末發生變化的現象是

 

；
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，則待A注射器中二氧化碳氣體反應完全后，裝置恢復至常溫，B注射器中活塞應停留在

 

mL處．（不考慮實驗帶來的誤差）
（3）Na₂O₂露置在空氣中容易發生變質，如何檢驗已經變質，簡述方法、現象和結論．

 

變質的程度如何呢？部分同學對“已部分變質的Na₂O₂（含Na₂CO₃）的純度測定”設計了實驗，步驟如下：
①按圖（1）連接裝置，并檢查氣密性；②準確稱得盛有堿石灰的干燥管D的質量為w₁g；③準確稱得mg樣品放入容器b中；④打開a，緩緩滴入稀硫酸，至不再產生氣泡為止；⑤打開彈簧夾，往試管A中緩緩鼓入空氣數分鐘，然后稱得干燥管D的總質量為w₂g；⑥根據D裝置質量差進行計算．試回答：
i寫出盛放稀硫酸的實驗儀器名稱

 

；
ii若④⑤兩步的實驗操作太快，則會導致測定的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應選用

 

；
ivE裝置的作用是

 

；
（4）小紅同學通過查閱資料了解到Na₂O₂還能與水反應，方程式為：2Na₂O₂+2H₂O═4NaOH+O₂↑于是她根據這一原理設計了另一種測定Na₂O₂的純度的方法：①稱取20g樣品于一只質量為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，觀察顯示數字的變化，并記錄（數據見下表）；③進行計算．

時間/s	60	120	180	240	300
天平示數/g	83.82	82.43	82.15	81.80	81.80

i從上表數據判斷，

 

秒時，已經反應完全；
ii請你幫小紅同學計算此樣品中Na₂O₂的純度，并寫出過程．

Answer 1

分析：（1）從反應條件，反應物和生成物等方面分析反應的優點；
（2）①根據裝置特點探究裝置氣密性的檢查方法；②向U形管內盛裝過量的Na₂O₂藥品，注射器中為二氧化碳氣體，連接好裝置，根據特殊情況下，核潛艇里工作的人員生活情況探究藥品為什么需過量；③由溫度計顯示此反應放出熱量，同時還可以觀察到淡黃色的固體粉末逐漸變為白色．
（3）根據Na₂O₂露置在空氣中能與二氧化碳反應生成碳酸鈉發生變質，設計實驗，驗證Na₂O₂是否變質；根據裝置的特點和反應原理分析實驗過程；
（4）a．仔細觀察上表數據即可判斷20gNa₂O₂與20mL水反應的時間；b．根據表中數據計算出生成的氧氣的質量，再根據Na₂O₂與水反應的化學方程式計算此樣品中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氧化鈉固體在常溫下即能與二氧化碳反應生成氧氣，用這種方法制氧氣的優點是：反應條件低、方便攜帶、產物無污染、產生氧氣同時還吸收了二氧化碳；
（2）①檢查裝置氣密性的方法：推動A注射器的活塞，則B中活塞向右移動，且收集的氣體體積相同，則氣密性良好；
②向U形管內盛裝過量的Na₂O₂藥品，注射器中為二氧化碳氣體，連接好裝置，根據特殊情況下，核潛艇里工作的人員生活情況分析藥品過量的原因：確保二氧化碳完全反應，得到純凈的氧氣；
③由溫度計顯示此反應放出熱量，說明此反應為放熱反應，同時還可以觀察到淡黃色的固體粉末逐漸變為白色的現象．
④因為相同的條件下，相同體積的氣體具有相等的分子數，根據2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂看出二氧化碳的氧氣的體積比是2：1，則待A注射器中二氧化碳氣體反應完全后，裝置恢復至常溫，B注射器中活塞應停留在 50mL處．
（3）Na₂O₂露置在空氣中容易發生變質，反應的化學方程式為：2Na₂O₂+2CO₂=2Na₂CO₃+O₂．用實驗方法檢驗其變質的過程：取樣品少許于試管中，加入稀鹽酸，若產生氣體，通入石灰水，石灰石變渾濁，說明已變質．
i盛放稀硫酸的實驗儀器名稱為分液漏斗
ii若④⑤兩步的實驗操作太快，生成的二氧化碳不會被堿石灰完全吸收，測出的碳酸鈉質量比實際質量少，則會導致測定的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，使反應充分，為了吸收掉空氣中二氧化碳，裝置A中試劑X應選用 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入D裝置，影響實驗結果；
（4）i．仔細觀察上表數據即可判斷20gNa₂O₂與20mL水完全反應的時間是240秒；
ii．根據表中數據計算出生成的氧氣的質量是85g-81.8g=3.2g，再根據Na₂O₂與水反應的化學方程式：2Na₂O₂+2H₂O=4NaOH+O₂↑．計算此樣品中Na₂O₂的純度為：78%．
故答案為：（1）反應條件低、方便攜帶、產物無污染、產生氧氣同時還吸收了二氧化碳（寫出一點即可）
（2）其中一只注射器中抽取一定體積空氣，連好裝置，緩緩推動，看另一只中能否收集到等體積的氣體，若能說明氣密性良好．
將二氧化碳完全轉化為氧氣，減少實驗誤差；放熱；淡黃色的粉末逐漸變為白色粉末； 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渾濁說明已變質；
分液漏斗；偏大；將裝置中殘留的二氧化碳鼓出，使反應充分；NaOH溶液；防止空氣中的二氧化碳和水蒸氣進入D裝置；
（4）240
過程：
由題意得  氧氣的質量為 20g+45g+20g-81.80g=3.2g
設：Na₂O₂的質量為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%

點評：此題探究過氧化鈉固體在常溫下與二氧化碳反應原理、現象、用途等知識點，涉及知識面很廣，探究問題較多，是鍛煉學生能力的一道不可多得的好題．