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(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，并寫出過程．

Answer 1

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(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�?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
解得 x=15.6g
所以Na₂O₂的純度==78%
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．
點(diǎn)評(píng)：此題探究過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，探究問題較多，是鍛煉學(xué)生能力的一道不可多得的好題．