Question

5．過(guò)碳酸鈉（2Na₂CO₃•3H₂O₂）是一種集洗滌、漂白、殺菌于一體的氧系漂白劑．某興趣小組制備過(guò)碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)方案（圖1）和裝置示意圖如圖2：
圖1

已知：主反應(yīng)：2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂ （s）△H＜0
副反應(yīng)：2H₂O₂=2H₂O+O₂↑，50℃時(shí)2Na₂CO₃•3H₂O₂ （s） 開始分解
請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）步驟①的關(guān)鍵是控制溫度，原因是制備過(guò)碳酸鈉是放熱反應(yīng)，防止分解，其措施有冷水浴、磁力攪拌和緩慢滴加H₂O₂溶液．
（2）在濾液X中加入適量NaCl固體可析出過(guò)碳酸鈉，原因是增大鈉離子濃度、降低產(chǎn)品的溶解度（鹽析作用或醇析作用）．
（3）步驟③中選用無(wú)水乙醇洗滌產(chǎn)品的目的是洗去水份，利于干燥．
（4）下列物質(zhì)中，會(huì)引起過(guò)碳酸鈉失效的有BD．

A．NaHCO₃            B．MnO₂                                                   圖2
C．Na₂SiO₃           D．Na₂SO₃
（5）過(guò)碳酸鈉產(chǎn)品中往往含有少量碳酸鈉，可用重量法測(cè)定過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；其操作步驟：取樣品溶解→加入BaCl₂溶液→過(guò)濾洗滌干燥稱量，需要直接測(cè)定的物理量有：樣品的質(zhì)量m₁g、沉淀的質(zhì)量m₂g（用字母表示并注明其含義）．產(chǎn)品中過(guò)碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表達(dá)式為：$\frac{314（{m}_{1}-\frac{106{m}_{2}}{197}）}{102{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 雙氧水和碳酸鈉混合控制溫度發(fā)生反應(yīng)2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂（s），靜置過(guò)濾得到固體2Na₂CO₃•3H₂O₂，濾液中含有雙氧水，將固體洗滌、干燥得到較純凈的2Na₂CO₃•3H₂O₂；
（1）溫度過(guò)高時(shí)過(guò)碳酸鈉分解導(dǎo)致其產(chǎn)率過(guò)低；反應(yīng)溫度較低，控制溫度可遷移苯與硝酸反應(yīng)的溫度控制方法；還可以攪拌冷卻；讓反應(yīng)速率減小，緩慢滴加H₂O₂溶液；
（2）鈉離子濃度越大，碳酸鈉的溶解度越小；
（3）過(guò)碳酸鈉難溶于乙醇，水和乙醇互溶；
（4）過(guò)碳酸鈉相當(dāng)于帶結(jié)晶雙氧水的碳酸鈉，具有雙氧水的性質(zhì)，催化劑、還原性物質(zhì)易促進(jìn)過(guò)碳酸鈉反應(yīng)而導(dǎo)致失效；
（5）沉淀法測(cè)定過(guò)碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)需要稱量樣品質(zhì)量和沉淀質(zhì)量，列方程計(jì)算過(guò)碳酸鈉的質(zhì)量，進(jìn)而計(jì)算得到過(guò)碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：雙氧水和碳酸鈉混合控制溫度發(fā)生反應(yīng)2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂（s），靜置過(guò)濾得到固體2Na₂CO₃•3H₂O₂，濾液中含有雙氧水，將固體洗滌、干燥得到較純凈的2Na₂CO₃•3H₂O₂；
（1）制備過(guò)碳酸鈉是放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中放出的熱量使溫度升高，溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致過(guò)碳酸鈉分解，從而降低其產(chǎn)率；
反應(yīng)溫度較低，控制溫度可遷移苯與硝酸反應(yīng)的溫度控制方法，即水浴法；攪拌也可以控制溫度，所以還可用磁力攪拌的方法；讓反應(yīng)速率減小控制溫度，所以可用緩慢滴加H₂O₂溶液的方法，
故答案為：制備過(guò)碳酸鈉是放熱反應(yīng)，防止分解；冷水��；磁力攪拌；緩慢滴加H₂O₂溶液； 
（2）加入氯化鈉固體或無(wú)水乙醇，鈉離子濃度增大，降低了過(guò)碳酸鈉的溶解度，故答案為：增大鈉離子濃度、降低產(chǎn)品的溶解度（鹽析作用或醇析作用）；
（3）無(wú)水乙醇能和水互溶，且極易揮發(fā)，所以選用無(wú)水乙醇洗滌，所以其目的是：洗去水份，利于干燥，
故答案為：洗去水份，利于干燥；
（4）過(guò)碳酸鈉相當(dāng)于帶結(jié)晶雙氧水的碳酸鈉，具有雙氧水的性質(zhì)，催化劑、還原性物質(zhì)易促進(jìn)過(guò)碳酸鈉反應(yīng)而導(dǎo)致失效，二氧化錳能作雙氧水的催化劑、亞硫酸鈉具有還原性，碳酸氫鈉和硅酸鈉都不與過(guò)碳酸鈉反應(yīng)，所以能引起過(guò)碳酸鈉失效的是二氧化錳和亞硫酸鈉，故選BD；
（5）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中直接測(cè)定的物理量為樣品的質(zhì)量m₁g、沉淀的質(zhì)量m₂g，沉淀物質(zhì)的量=$\frac{{m}_{2}g}{197g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{197}$mol，設(shè)過(guò)碳酸鈉物質(zhì)的量為x，含有的碳酸鈉物質(zhì)的量為y，依據(jù)碳元素守恒得到2x+y=$\frac{{m}_{2}}{197}$，
314x+106y=m₁
x=$\frac{{m}_{1}-\frac{{m}_{2}×106}{197}}{102}$；
過(guò)碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{{m}_{1}-\frac{{m}_{2}×106}{197}}{102}$mol×314g/mol÷m₁g=$\frac{314（{m}_{1}-\frac{106{m}_{2}}{197}）}{102{m}_{1}}$，
 故答案為：樣品的質(zhì)量m₁g、沉淀的質(zhì)量m₂g； $\frac{314（{m}_{1}-\frac{106{m}_{2}}{197}）}{102{m}_{1}}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查制備實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，側(cè)重考查分析、計(jì)算及知識(shí)遷移、基本操作能力，難點(diǎn)是過(guò)碳酸鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算，靈活運(yùn)用原子守恒解答，（4）利用知識(shí)遷移方法解答即可，題目難度中等．