Question

1．在呼吸面具和潜水艇中可用过氧化钠作为供氧剂．请用如图实验装置，选用适当的化学试剂和实验用品，设计并完成对过氧化钠这一性质进行的探究．

（1）装置A的作用是制取CO₂气体．B中应加入的试剂是饱和Na₂HCO₃溶液．
（2）过氧化钠应置于C装置中，能说明它可做潜艇供氧剂的实验操作及现象是待F集满气体后，用大拇指堵住管口从水槽中取出正立，松开拇指后，将带火星的木条迅速伸到试管口，若木条复燃，则说明过氧化钠与二氧化碳反应产生氧气，可作供氧剂．
（3）查阅有关资料表明：2H₂O+2Na₂O₂=4NaOH+O₂↑．阿龙哥与无双弟用同位素标记法对过氧化钠进行标记（Na${\;}_{2}^{18}$O₂），以探究这一反应的历程．
阿龙哥：“这个题就是个渣渣，从电子转移就可以分析得出：因为，所以
能表明此反应实质的离子方程式为：2Na${\;}_{2}^{18}$O₂+2H₂O=4Na⁺+2OH^-+2¹⁸OH^-+¹⁸O₂↑”
无双弟：“阿龙哥真是天真可爱如你．应是先有：①Na${\;}_{2}^{18}$O₂+2H-OH═2NaOH+H${\;}_{2}^{18}$O₂；②2H${\;}_{2}^{18}$O₂═2H${\;}_{2}^{18}$O
+¹⁸O₂↑”．
就在他们争论不止的时候，老师布置了一道实验作业：设计并完成过氧化钠样品（已知所含杂质与酸碱均不反应）的纯度测定．
阿龙哥和无双弟称各取了a g样品并分别配制了100.00mL溶液以进行实验．实验操作中阿龙哥是将样品直接溶于蒸馏水中；而无双弟却是将蒸馏水先加热煮沸，再把蒸馏水分成两份，一份趁热加入样品溶解，待冷却到室温后在用另一部分来进行配制．
他们分别取出自己配制的溶液20.00mL，加入酚酞数滴后，用浓度为c mol/L的盐酸进行滴定后；再重复了两次取液滴定操作，阿龙哥和无双弟分别计算出了所用盐酸的体积平均值，分别为V_A和V_W mL．下面请你参与对阿龙哥和无双弟实验的讨论．
①实验中，阿龙哥加入酚酞，溶液变红后，振荡锥形瓶，见红色褪去，又继续加入酚酞数滴后变成了粉红色．而无双弟的滴入一两滴后，溶液就变成了红色．
亲爱的同学，你认为他们俩对Na₂O₂与水反应的历程认识是无双弟（阿龙哥/无双弟）正确？据此，你认为Na18 2O₂与CO₂反应的方程式是：2Na₂¹⁸O₂+2CO₂+2H₂O=2Na₂CO₃+2H₂¹⁸O+¹⁸O₂↑．
②在样品的溶解与配制中，你认为无双弟的操作是合理的，理由是：沸水能使Na₂O₂溶解时所生成的H₂O₂迅速分解，消除其对中和滴定（特别是指示剂）的影响．另一同学的操作将会使实验结果偏小（“偏大”、“偏小”或“无影响”）
③原来的过氧化钠样品的纯度是$\frac{19.5c{V}_{w}}{a}$%．
（4）写出Na₂O₂与FeSO₄按2：3混合后投入水中反应的离子方程是24Na₂O₂+36Fe²⁺+42H₂O=48Na⁺+28Fe（OH）₃+8Fe³⁺+3O₂↑．
（5）我们经常用到K_w=1.0X10^-14这个数值．请问K_w表示的是水的电离平衡常数吗？不是（是/不是），若不是，请说明理由由于H₂O=H⁺+OH^-，故水的电离平衡常数K=[c（H⁺）•c（OH^-）]/c（H₂O），而K_w=c（H⁺）•c（OH^-），易知K_w=Kc（H₂O），所以K_w不是水的电离平衡常数，而是水的电离平衡常数与水的浓度的乘积值（若是，此空不作答）

Answer 1

分析 由实验装置可知，本实验首先由CaCO₃和盐酸反应生成CO₂，产生气体通过饱和NaHCO₃溶液，以除去CO₂气体中混入的HCl，然后过氧化钠与CO₂和水气反应，产生O₂，用排水法收集O₂，最后取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气，
（1）A为由CaCO₃和盐酸反应生成CO₂；B的作用是除去二氧化碳中含有的氯化氢，应该为饱和碳酸氢钠溶液；
（2）根据分析可知，过氧化钠应该放在C装置中；根据检验氧气的方法分析；
（3）①阿龙哥加入酚酞，溶液变红后，振荡锥形瓶，见红色褪去，说明溶于水双氧水将酚酞氧化二褪色，而无双弟的滴入一两滴后，溶液就变成了红色，说明加热后双氧水分解，据此判断反应历程，然后写出Na₂¹⁸O₂与CO₂反应的化学方程式；
②无双弟将溶液加热后双氧水分解，消除了双氧水对中和滴定（特别是指示剂）的影响；由于酚酞能够消耗强氧化钠溶液，导致滴定结果偏低；
③无双弟的操作合理，测定结果较准确，根据中和滴定原理及滴定数据计算出该样品中过氧化钠的纯度；
（4）设过氧化钠为2mol、硫酸亚铁为3mol，根据化合价变化判断过量情况，然后根据判断结果计算出反应产物组成，最后写出反应的离子方程式；
（5）K_w表示的是氢离子与氢氧根离子的浓度之积，不是水的电离平衡常数．

解答 解：由实验装置可知，本实验首先由CaCO₃和盐酸反应生成CO₂，产生气体通过饱和NaHCO₃溶液，以除去CO₂气体中混入的HCl，然后过氧化钠与CO₂和水气反应，产生O₂，用排水法收集O₂，最后取出试管，立即把带火星的木条伸入试管口内，木条复燃，证明试管中收集的气体是氧气，
（1）A为由CaCO₃和盐酸反应生成CO₂，反应的化学方程式为CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑，所以A的作用是制取CO₂气体；
盐酸具有挥发性，制取的二氧化碳中混有氯化氢，会影响实验测定，应该用饱和碳酸氢钠溶液除去，则B中盛放的是饱和Na₂HCO₃溶液，
故答案为：制取CO₂气体；饱和Na₂HCO₃溶液；
（2）过氧化钠应该分子C装置中，能说明它可做潜艇供氧剂的实验操作及现象为：待F集满气体后，用大拇指堵住管口从水槽中取出正立，松开拇指后，将带火星的木条迅速伸到试管口，若木条复燃，则说明过氧化钠与二氧化碳反应产生氧气，可作供氧剂，
故答案为：C； 待F集满气体后，用大拇指堵住管口从水槽中取出正立，松开拇指后，将带火星的木条迅速伸到试管口，若木条复燃，则说明过氧化钠与二氧化碳反应产生氧气，可作供氧剂；
（3）①滴定时阿龙哥加入酚酞，溶液变红后，振荡锥形瓶，见红色褪去，说明溶于水双氧水将酚酞氧化二褪色，而无双弟的滴入一两滴后，溶液就变成了红色，说明加热后双氧水分解，据此可知反应历程为：①Na${\;}_{2}^{18}$O₂+2H-OH═2NaOH+H${\;}_{2}^{18}$O₂；②2H${\;}_{2}^{18}$O₂═2H${\;}_{2}^{18}$O，即：无双弟的说法正确；据无双弟的反应历程可知，Na₂¹⁸O₂与CO₂反应的化学方程式为：2Na₂¹⁸O₂+2CO₂+2H₂O=2Na₂CO₃+2H₂¹⁸O+¹⁸O₂↑，
故答案为：无双弟； 2Na₂¹⁸O₂+2CO₂+2H₂O=2Na₂CO₃+2H₂¹⁸O+¹⁸O₂↑；
②由于沸水能使Na₂O₂溶解时所生成的H₂O₂迅速分解，消除了双氧水对中和滴定（特别是指示剂）的影响，所以无双弟的操作方法正确；另一个同学加入了较多酚酞，酚酞能够消耗强氧化钠溶液，则滴定过程中消耗盐酸的体积偏小，测定结果偏小，
故答案为：无双弟；沸水能使Na₂O₂溶解时所生成的H₂O₂迅速分解，消除其对中和滴定（特别是指示剂）的影响；偏小；
 ③无双弟的操作合理，若100mL配制的样品溶液完全用该浓度的盐酸中和，消耗盐酸体积应该为：V_WmL×$\frac{100mL}{20mL}$=5V_WmL，消耗氯化氢的物质的量为：cmol/L×5V_W×10^-3L=5cV_W×10^-3mol，则样品中含有强氧化钠的物质的量为：5cV_W×10^-3mol，过氧化钠的物质的量为：$\frac{1}{2}$×5cV_W×10^-3mol=2.5cV_W×10^-3mol，
样品的纯度为：$\frac{78g/mol×2.5c{V}_{W}×1{0}^{-3}L}{ag}$×100%=$\frac{19.5c{V}_{w}}{a}$%，
故答案为：$\frac{19.5c{V}_{w}}{a}$%；
（4）设过氧化钠为2mol，则硫酸亚铁为3mol，2mol过氧化钠完全反应能够得到4mol电子，3mol亚铁离子完全被氧化成铁离子失去3mol电子，显然过氧化钠过量，根据电子守恒3mol亚铁离子完全反应消耗过氧化钠的物质的量为为：$\frac{3mol×（3-2）}{2}$=1.5mol，剩余的0.5mol过氧化钠与水反应生成1mol氢氧化钠和0.25mol氧气，反应后溶质为硫酸钠和硫酸铁，其中硫酸钠的物质的量为2mol，则硫酸铁的物质的量为：$\frac{1}{3}$×（3mol-2mol）=$\frac{1}{3}$mol，$\frac{1}{3}$mol硫酸铁中含有$\frac{2}{3}$mol铁离子，
生成氢氧化铁的物质的量为：3mol-$\frac{2}{3}$mol=$\frac{7}{3}$mol，据此写出反应的离子方程式为：24Na₂O₂+36Fe²⁺+42H₂O=48Na⁺+28Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺+3O₂↑，
故答案为：24Na₂O₂+36Fe²⁺+42H₂O=48Na⁺+28Fe（OH）₃↓+8Fe³⁺+3O₂↑；
（5）水的电离平衡为：H₂O=H⁺+OH^-，则水的电离平衡常数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不是水的电离平衡常数，而是水的电离平衡常数与水的浓度的乘积值，
故答案为：不是；由于H₂O=H⁺+OH^-，故水的电离平衡常数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不是水的电离平衡常数，而是水的电离平衡常数与水的浓度的乘积值．

点评 本题考查了物质性质实验方案的设计，题目难度较大，明确过氧化钠与水反应的实质为解答关键，试题知识点较多、综合性较强，充分考查学生的分析、理解能力及化学计算、化学实验能力，（4）为难点、易错点，需要正确判断反应产物．