Question

7．不少家庭養(yǎng)觀賞魚(yú)，有時(shí)會(huì)在魚(yú)缸里放點(diǎn)“魚(yú)浮靈”，可使水中的含氧量迅速增加．請(qǐng)你和小欣同學(xué)一起完成這項(xiàng)探究活動(dòng)．

【查閱資料】過(guò)碳酸鈉，白色結(jié)晶顆粒，易溶于水并迅速放出氧氣．
【猜想假設(shè)】“魚(yú)浮靈”的主要成分是過(guò)碳酸鈉．
【性質(zhì)探究】

實(shí)驗(yàn)	主要操作步驟（如圖1）	主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
（1）	在集氣瓶中加入少量MnO2（黑色固體），在儀器a中加入新配制的“魚(yú)浮靈”的飽和水溶液；打開(kāi)儀器a的活塞，放出適量溶液后，在導(dǎo)管口放一根帶火星的木條	有氣泡逸出，能使帶火星木條復(fù)燃	“魚(yú)浮靈”溶于水生成過(guò)氧化氫
（2）	關(guān)閉儀器a，在儀器b中加入稀鹽酸，打開(kāi)活塞，放出適量溶液后，在導(dǎo)管口放一燃著的木條	生成大量無(wú)色氣泡，木條熄滅	“魚(yú)浮靈”溶于水生成碳酸鈉

【結(jié)果分析】主要成分是過(guò)碳酸鈉，根據(jù)化學(xué)反應(yīng)方程式：X+H₂O═Na₂CO₃+H₂O₂，推出過(guò)碳酸鈉的化學(xué)式X為Na₂CO₄．
【工業(yè)制備】（如圖2）
（3）穩(wěn)定劑的作用是防止H₂O₂分解（或防止過(guò)碳酸鈉分解），穩(wěn)定劑中MgCl₂和Na₂SiO₃發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，生成一種難溶物將過(guò)碳酸鈉粒子包裹住，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）濁液中加入異丙醇的作用是降低過(guò)碳酸鈉的溶解度（或減少過(guò)碳酸鈉的溶解或提高產(chǎn)率等）．
【測(cè)定純度】
實(shí)驗(yàn)資料：過(guò)碳酸鈉樣品中的雜質(zhì)不溶于水且不與水反應(yīng)．
實(shí)驗(yàn)原理：2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
實(shí)驗(yàn)裝置：如圖3所示
交流與討論
Ⅰ．甲同學(xué)認(rèn)為測(cè)定產(chǎn)物中O₂的體積即可測(cè)定樣品（含有的雜質(zhì)不溶于水且不與酸反應(yīng)）的純度（樣品中過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）．
（5）裝置②的作用是：吸收二氧化碳和氯化氫氣體；
（6）裝置③的作用是：檢驗(yàn)二氧化碳是否完全被吸收；
（7）稱(chēng)取適量樣品與足量濃鹽酸充分反應(yīng)后，收集到的氧氣的體積為0.25L（已知該實(shí)驗(yàn)條件下氧氣的密度為1.28g/L），則稱(chēng)取的樣品質(zhì)量應(yīng)大于2.44g．
Ⅱ．乙同學(xué)認(rèn)為測(cè)定產(chǎn)物中CO₂的質(zhì)量（即反應(yīng)前后裝置②的質(zhì)量差）就可測(cè)定樣品的純度．但利用上述實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得CO₂的質(zhì)量并計(jì)算樣品的純度，結(jié)果會(huì)偏高，你認(rèn)為原因可能是ABC（填序號(hào)）．
A．濃鹽酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的氯化氫氣體被裝置②吸收
B．二氧化碳?xì)怏w逸出時(shí)帶出的水蒸氣在裝置②中冷凝而被吸收
C．裝置①、②內(nèi)空氣中的二氧化碳被裝置②吸收
Ⅲ．丙同學(xué)提出了一種新方案，得到了大家的一致認(rèn)可：稱(chēng)取樣品12.5g，滴加足量濃鹽酸至樣品反應(yīng)完全，再將燒瓶中所有的液體蒸發(fā)、結(jié)晶、烘干，稱(chēng)得氯化鈉固體11.7g，則該樣品的純度為多少？（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

分析 探究一：
【設(shè)計(jì)方案】根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，應(yīng)該加入二氧化錳固體；根據(jù)檢驗(yàn)碳酸根離子的方法來(lái)分析；
【結(jié)果分析】根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后，原子種類(lèi)和數(shù)目不變來(lái)分析解答；
【工業(yè)制備】
（3）實(shí)驗(yàn)中加入穩(wěn)定劑的作用是為防止過(guò)碳酸鈉分解而失效；根據(jù)反應(yīng)物、生成物，書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式；
（4）濁液中加入異丙醇的作用是降低過(guò)碳酸鈉在溶液中的溶解度以提高產(chǎn)率；
交流與討論
Ⅰ．（1）根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O，要測(cè)定氧氣的量，必須先除去二氧化碳、氯化氫氣體等，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置圖即可得出答案；
（2）二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，可利用此現(xiàn)象鑒別二氧化碳；
（3）先求出氧氣的質(zhì)量，再根據(jù)化學(xué)方程式中氧氣與過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量關(guān)系，即可列比例求解出樣品中的過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量，那么樣品的質(zhì)量就應(yīng)該大于這個(gè)質(zhì)量；
Ⅱ．理論上可以根據(jù)生成二氧化碳的量求樣品純度，但是實(shí)際上難以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得純凈的二氧化碳的質(zhì)量，因?yàn)榉磻?yīng)前后裝置②的質(zhì)量差中還包括氯化氫和水蒸氣的質(zhì)量；所以難以求解；
Ⅲ．根據(jù)化學(xué)方程式中氯化鈉與過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量關(guān)系，即可列比例求解樣品中的過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量．

解答 解：探究一：【設(shè)計(jì)方案】①過(guò)碳酸氫鈉溶于水，在二氧化錳的催化作用下，迅速的分解產(chǎn)生氧氣，能使帶火星的木條復(fù)燃；
②常用稀鹽酸來(lái)檢驗(yàn)碳酸根離子的存在，向待測(cè)物質(zhì)中加入稀鹽酸，若能產(chǎn)生使澄清的石灰水變渾濁的氣體，則證明該物質(zhì)中含有碳酸根離子；
【結(jié)果分析】由質(zhì)量守恒定律知，化學(xué)式X中含有兩個(gè)鈉原子、一個(gè)碳原子和四個(gè)氧原子，所以X化學(xué)式是Na₂CO₄．
【工業(yè)制備】
（3）實(shí)驗(yàn)中加入穩(wěn)定劑的作用是為防止H₂O₂分解（或防止過(guò)碳酸鈉分解）而失效；穩(wěn)定劑中的氯化鎂MgCl₂與硅酸鈉Na₂SiO₃發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)，能生成氯化鈉和難溶的硅酸鎂，覆蓋在過(guò)碳酸鈉表面起保護(hù)作用，其化學(xué)方程式為MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）由框圖可知，加入異丙醇后經(jīng)操作Ⅰ后得到的是濾液和晶體，因此操作Ⅰ應(yīng)該是過(guò)濾步驟，由此可知，加入異丙醇的作用是降低過(guò)碳酸鈉的溶解度（過(guò)碳酸鈉在有機(jī)溶劑中的溶解度較�。┮岳�于其析出晶體，因此濁液中加入異丙醇的作用是降低過(guò)碳酸鈉的溶解度（或減少過(guò)碳酸鈉的溶解或提高產(chǎn)率等）；
交流與討論
Ⅰ．（1）裝置②中濃氫氧化鈉的作用是除去二氧化碳和氯化氫氣體；
（2）裝置③中澄清石灰水的作用是驗(yàn)證二氧化碳是否被除盡；
（3）設(shè)收集到的氧氣的體積為0.25L，需要過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量為x，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244                                      32
   x                                  0.25L×1.28g/L
$\frac{244}{x}=\frac{32}{0.25L×1.28g/L}$
解得x=2.44g
Ⅱ．測(cè)得二氧化碳的體積偏大，原因可能有：濃鹽酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的氯化氫氣體被裝置②吸收；二氧化碳?xì)怏w逸出時(shí)帶出的水蒸氣在裝置②中冷凝而被吸收；裝置①、②內(nèi)空氣中的二氧化碳被裝置②吸收；
Ⅲ．設(shè)樣品中過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量為y，
2Na₂CO₄+4HCl═4NaCl+2CO₂↑+O₂↑+2H₂O
  244                  234   
   y                  11.7g
$\frac{244}{y}=\frac{234}{11.7g}$
解得y=12.2g
該樣品的純度為：$\frac{12.2g}{12.5g}$×100%=97.6%
故答案為：
探究一：【設(shè)計(jì)方案】

實(shí)驗(yàn)	主要操作步驟	主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象
①	MnO2	有氣泡逸出，能使帶火星木條復(fù)燃
②	稀鹽酸

【結(jié)果分析】Na₂CO₄．
【工業(yè)制備】
（3）MgCl₂+Na₂SiO₃=MgSiO₃↓+2NaCl．
（4）降低過(guò)碳酸鈉的溶解度（或減少過(guò)碳酸鈉的溶解或提高產(chǎn)率等）；
交流與討論
Ⅰ．吸收二氧化碳和氯化氫氣體；檢驗(yàn)二氧化碳是否完全被吸收；2.44g
Ⅱ．ABC
Ⅲ．97.6%

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查學(xué)生運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識(shí)綜合分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力．增加了學(xué)生分析問(wèn)題的思維跨度，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生整合知識(shí)的能力．考查實(shí)驗(yàn)裝置和混合物中樣品純度的計(jì)算．有關(guān)化學(xué)方程式的計(jì)算，要注意帶入方程式計(jì)算的必須是實(shí)際參加反應(yīng)或?qū)嶋H生成的物質(zhì)質(zhì)量，否則就會(huì)造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏大或偏�。�