Question

1．在呼吸面具和潛水艇中可用過氧化鈉作為供氧劑．請用如圖實驗裝置，選用適當?shù)幕瘜W(xué)試劑和實驗用品，設(shè)計并完成對過氧化鈉這一性質(zhì)進行的探究．

（1）裝置A的作用是制取CO₂氣體．B中應(yīng)加入的試劑是飽和Na₂HCO₃溶液．
（2）過氧化鈉應(yīng)置于C裝置中，能說明它可做潛艇供氧劑的實驗操作及現(xiàn)象是待F集滿氣體后，用大拇指堵住管口從水槽中取出正立，松開拇指后，將帶火星的木條迅速伸到試管口，若木條復(fù)燃，則說明過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，可作供氧劑．
（3）查閱有關(guān)資料表明：2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑．阿龍哥與無雙弟用同位素標記法對過氧化鈉進行標記（Na${\;}_{2}^{18}$O₂），以探究這一反應(yīng)的歷程．
阿龍哥：“這個題就是個渣渣，從電子轉(zhuǎn)移就可以分析得出：因為，所以
能表明此反應(yīng)實質(zhì)的離子方程式為：2Na${\;}_{2}^{18}$O₂+2H₂O=4Na⁺+2OH^-+2¹⁸OH^-+¹⁸O₂↑”
無雙弟：“阿龍哥真是天真可愛如你．應(yīng)是先有：①Na${\;}_{2}^{18}$O₂+2H-OH═2NaOH+H${\;}_{2}^{18}$O₂；②2H${\;}_{2}^{18}$O₂═2H${\;}_{2}^{18}$O
+¹⁸O₂↑”．
就在他們爭論不止的時候，老師布置了一道實驗作業(yè)：設(shè)計并完成過氧化鈉樣品（已知所含雜質(zhì)與酸堿均不反應(yīng)）的純度測定．
阿龍哥和無雙弟稱各取了a g樣品并分別配制了100.00mL溶液以進行實驗．實驗操作中阿龍哥是將樣品直接溶于蒸餾水中；而無雙弟卻是將蒸餾水先加熱煮沸，再把蒸餾水分成兩份，一份趁熱加入樣品溶解，待冷卻到室溫后在用另一部分來進行配制．
他們分別取出自己配制的溶液20.00mL，加入酚酞數(shù)滴后，用濃度為c mol/L的鹽酸進行滴定后；再重復(fù)了兩次取液滴定操作，阿龍哥和無雙弟分別計算出了所用鹽酸的體積平均值，分別為V_A和V_W mL．下面請你參與對阿龍哥和無雙弟實驗的討論．
①實驗中，阿龍哥加入酚酞，溶液變紅后，振蕩錐形瓶，見紅色褪去，又繼續(xù)加入酚酞數(shù)滴后變成了粉紅色．而無雙弟的滴入一兩滴后，溶液就變成了紅色．
親愛的同學(xué)，你認為他們倆對Na₂O₂與水反應(yīng)的歷程認識是無雙弟（阿龍哥/無雙弟）正確？據(jù)此，你認為Na18 2O₂與CO₂反應(yīng)的方程式是：2Na₂¹⁸O₂+2CO₂+2H₂O=2Na₂CO₃+2H₂¹⁸O+¹⁸O₂↑．
②在樣品的溶解與配制中，你認為無雙弟的操作是合理的，理由是：沸水能使Na₂O₂溶解時所生成的H₂O₂迅速分解，消除其對中和滴定（特別是指示劑）的影響．另一同學(xué)的操作將會使實驗結(jié)果偏小（“偏大”、“偏小”或“無影響”）
③原來的過氧化鈉樣品的純度是$\frac{19.5c{V}_{w}}{a}$%．
（4）寫出Na₂O₂與FeSO₄按2：3混合后投入水中反應(yīng)的離子方程是24Na₂O₂+36Fe²⁺+42H₂O=48Na⁺+28Fe（OH）₃+8Fe³⁺+3O₂↑．
（5）我們經(jīng)常用到K_w=1.0X10^-14這個數(shù)值．請問K_w表示的是水的電離平衡常數(shù)嗎？不是（是/不是），若不是，請說明理由由于H₂O=H⁺+OH^-，故水的電離平衡常數(shù)K=[c（H⁺）•c（OH^-）]/c（H₂O），而K_w=c（H⁺）•c（OH^-），易知K_w=Kc（H₂O），所以K_w不是水的電離平衡常數(shù)，而是水的電離平衡常數(shù)與水的濃度的乘積值（若是，此空不作答）

Answer 1

分析 由實驗裝置可知，本實驗首先由CaCO₃和鹽酸反應(yīng)生成CO₂，產(chǎn)生氣體通過飽和NaHCO₃溶液，以除去CO₂氣體中混入的HCl，然后過氧化鈉與CO₂和水氣反應(yīng)，產(chǎn)生O₂，用排水法收集O₂，最后取出試管，立即把帶火星的木條伸入試管口內(nèi)，木條復(fù)燃，證明試管中收集的氣體是氧氣，
（1）A為由CaCO₃和鹽酸反應(yīng)生成CO₂；B的作用是除去二氧化碳中含有的氯化氫，應(yīng)該為飽和碳酸氫鈉溶液；
（2）根據(jù)分析可知，過氧化鈉應(yīng)該放在C裝置中；根據(jù)檢驗氧氣的方法分析；
（3）①阿龍哥加入酚酞，溶液變紅后，振蕩錐形瓶，見紅色褪去，說明溶于水雙氧水將酚酞氧化二褪色，而無雙弟的滴入一兩滴后，溶液就變成了紅色，說明加熱后雙氧水分解，據(jù)此判斷反應(yīng)歷程，然后寫出Na₂¹⁸O₂與CO₂反應(yīng)的化學(xué)方程式；
②無雙弟將溶液加熱后雙氧水分解，消除了雙氧水對中和滴定（特別是指示劑）的影響；由于酚酞能夠消耗強氧化鈉溶液，導(dǎo)致滴定結(jié)果偏低；
③無雙弟的操作合理，測定結(jié)果較準確，根據(jù)中和滴定原理及滴定數(shù)據(jù)計算出該樣品中過氧化鈉的純度；
（4）設(shè)過氧化鈉為2mol、硫酸亞鐵為3mol，根據(jù)化合價變化判斷過量情況，然后根據(jù)判斷結(jié)果計算出反應(yīng)產(chǎn)物組成，最后寫出反應(yīng)的離子方程式；
（5）K_w表示的是氫離子與氫氧根離子的濃度之積，不是水的電離平衡常數(shù)．

解答 解：由實驗裝置可知，本實驗首先由CaCO₃和鹽酸反應(yīng)生成CO₂，產(chǎn)生氣體通過飽和NaHCO₃溶液，以除去CO₂氣體中混入的HCl，然后過氧化鈉與CO₂和水氣反應(yīng)，產(chǎn)生O₂，用排水法收集O₂，最后取出試管，立即把帶火星的木條伸入試管口內(nèi)，木條復(fù)燃，證明試管中收集的氣體是氧氣，
（1）A為由CaCO₃和鹽酸反應(yīng)生成CO₂，反應(yīng)的化學(xué)方程式為CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，所以A的作用是制取CO₂氣體；
鹽酸具有揮發(fā)性，制取的二氧化碳中混有氯化氫，會影響實驗測定，應(yīng)該用飽和碳酸氫鈉溶液除去，則B中盛放的是飽和Na₂HCO₃溶液，
故答案為：制取CO₂氣體；飽和Na₂HCO₃溶液；
（2）過氧化鈉應(yīng)該分子C裝置中，能說明它可做潛艇供氧劑的實驗操作及現(xiàn)象為：待F集滿氣體后，用大拇指堵住管口從水槽中取出正立，松開拇指后，將帶火星的木條迅速伸到試管口，若木條復(fù)燃，則說明過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，可作供氧劑，
故答案為：C； 待F集滿氣體后，用大拇指堵住管口從水槽中取出正立，松開拇指后，將帶火星的木條迅速伸到試管口，若木條復(fù)燃，則說明過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生氧氣，可作供氧劑；
（3）①滴定時阿龍哥加入酚酞，溶液變紅后，振蕩錐形瓶，見紅色褪去，說明溶于水雙氧水將酚酞氧化二褪色，而無雙弟的滴入一兩滴后，溶液就變成了紅色，說明加熱后雙氧水分解，據(jù)此可知反應(yīng)歷程為：①Na${\;}_{2}^{18}$O₂+2H-OH═2NaOH+H${\;}_{2}^{18}$O₂；②2H${\;}_{2}^{18}$O₂═2H${\;}_{2}^{18}$O，即：無雙弟的說法正確；據(jù)無雙弟的反應(yīng)歷程可知，Na₂¹⁸O₂與CO₂反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Na₂¹⁸O₂+2CO₂+2H₂O=2Na₂CO₃+2H₂¹⁸O+¹⁸O₂↑，
故答案為：無雙弟； 2Na₂¹⁸O₂+2CO₂+2H₂O=2Na₂CO₃+2H₂¹⁸O+¹⁸O₂↑；
②由于沸水能使Na₂O₂溶解時所生成的H₂O₂迅速分解，消除了雙氧水對中和滴定（特別是指示劑）的影響，所以無雙弟的操作方法正確；另一個同學(xué)加入了較多酚酞，酚酞能夠消耗強氧化鈉溶液，則滴定過程中消耗鹽酸的體積偏小，測定結(jié)果偏小，
故答案為：無雙弟；沸水能使Na₂O₂溶解時所生成的H₂O₂迅速分解，消除其對中和滴定（特別是指示劑）的影響；偏��；
 ③無雙弟的操作合理，若100mL配制的樣品溶液完全用該濃度的鹽酸中和，消耗鹽酸體積應(yīng)該為：V_WmL×$\frac{100mL}{20mL}$=5V_WmL，消耗氯化氫的物質(zhì)的量為：cmol/L×5V_W×10^-3L=5cV_W×10^-3mol，則樣品中含有強氧化鈉的物質(zhì)的量為：5cV_W×10^-3mol，過氧化鈉的物質(zhì)的量為：$\frac{1}{2}$×5cV_W×10^-3mol=2.5cV_W×10^-3mol，
樣品的純度為：$\frac{78g/mol×2.5c{V}_{W}×1{0}^{-3}L}{ag}$×100%=$\frac{19.5c{V}_{w}}{a}$%，
故答案為：$\frac{19.5c{V}_{w}}{a}$%；
（4）設(shè)過氧化鈉為2mol，則硫酸亞鐵為3mol，2mol過氧化鈉完全反應(yīng)能夠得到4mol電子，3mol亞鐵離子完全被氧化成鐵離子失去3mol電子，顯然過氧化鈉過量，根據(jù)電子守恒3mol亞鐵離子完全反應(yīng)消耗過氧化鈉的物質(zhì)的量為為：$\frac{3mol×（3-2）}{2}$=1.5mol，剩余的0.5mol過氧化鈉與水反應(yīng)生成1mol氫氧化鈉和0.25mol氧氣，反應(yīng)后溶質(zhì)為硫酸鈉和硫酸鐵，其中硫酸鈉的物質(zhì)的量為2mol，則硫酸鐵的物質(zhì)的量為：$\frac{1}{3}$×（3mol-2mol）=$\frac{1}{3}$mol，$\frac{1}{3}$mol硫酸鐵中含有$\frac{2}{3}$mol鐵離子，
生成氫氧化鐵的物質(zhì)的量為：3mol-$\frac{2}{3}$mol=$\frac{7}{3}$mol，據(jù)此寫出反應(yīng)的離子方程式為：24Na₂O₂+36Fe²⁺+42H₂O=48Na⁺+28Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺+3O₂↑，
故答案為：24Na₂O₂+36Fe²⁺+42H₂O=48Na⁺+28Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺+3O₂↑；
（5）水的電離平衡為：H₂O=H⁺+OH^-，則水的電離平衡常數(shù)K=[c（H⁺）•c（OH^-）]/c（H₂O），而K_w=c（H⁺）•c（OH^-），易知K_w=K c（H₂O），所以K_w不是水的電離平衡常數(shù)，而是水的電離平衡常數(shù)與水的濃度的乘積值，
故答案為：不是；由于H₂O=H⁺+OH^-，故水的電離平衡常數(shù)K=[c（H⁺）•c（OH^-）]/c（H₂O），而K_w=c（H⁺）•c（OH^-），易知K_w=K c（H₂O），所以K_w不是水的電離平衡常數(shù)，而是水的電離平衡常數(shù)與水的濃度的乘積值．

點評 本題考查了物質(zhì)性質(zhì)實驗方案的設(shè)計，題目難度較大，明確過氧化鈉與水反應(yīng)的實質(zhì)為解答關(guān)鍵，試題知識點較多、綜合性較強，充分考查學(xué)生的分析、理解能力及化學(xué)計算、化學(xué)實驗?zāi)芰Γ��?）為難點、易錯點，需要正確判斷反應(yīng)產(chǎn)物．