Question

我们知道氧气是人体生命所必需的，在一般情况下，人可以呼吸空气中的氧气，但在特殊情况下，如在核潜艇里工作的人员，如何获得氧气呢？研究表明用“金属过氧化物处理系统”使氧“再生”具有良好的实际应用价值．
已知：淡黄色的过氧化钠固体在常温下即能与二氧化碳反应生成氧气
反应方程式为：2Na₂O₂+2CO₂═2Na₂CO₃+O₂
（1）你认为用这种方法制氧气的优点是______；
（2）小明欲探究过氧化钠吸收和释放的气体之间体积关系以及反应的热效应，设计实验如下，请回答下列相关问题：
①简述检查装置气密性的方法______；
②向U形管内盛装过量的Na₂O₂药品，注射器中为二氧化碳气体，连接好装置．药品为什么需过量______；
③缓缓推动注射器A活塞，片刻，可以观察到温度计液柱明显上升，说明反应______（填“吸热”或“放热”）同时还可以观察到固体粉末发生变化的现象是______；
④小明查阅资料得知：相同的条件下，相同体积的气体具有相等的分子数，则待A注射器中二氧化碳气体反应完全后，装置恢复至常温，B注射器中活塞应停留在______mL处．（不考虑实验带来的误差）
（3）Na₂O₂露置在空气中容易发生变质，如何检验已经变质，简述方法、现象和结论．______
变质的程度如何呢？部分同学对“已部分变质的Na₂O₂（含Na₂CO₃）的纯度测定”设计了实验，步骤如下：
①按图（1）连接装置，并检查气密性；②准确称得盛有碱石灰的干燥管D的质量为w₁g；③准确称得mg样品放入容器b中；④打开a，缓缓滴入稀硫酸，至不再产生气泡为止；⑤打开弹簧夹，往试管A中缓缓鼓入空气数分钟，然后称得干燥管D的总质量为w₂g；⑥根据D装置质量差进行计算．试回答：
i写出盛放稀硫酸的实验仪器名称______；
ii若④⑤两步的实验操作太快，则会导致测定的Na₂O₂的纯度______（填“偏大”或“偏小”）．
iii鼓入空气的目的是______，装置A中试剂X应选用______；
ivE装置的作用是______；
（4）小红同学通过查阅资料了解到Na₂O₂还能与水反应，方程式为：2Na₂O₂+2H₂O═4NaOH+O₂↑于是她根据这一原理设计了另一种测定Na₂O₂的纯度的方法：①称取20g样品于一只质量为45g的锥形中；②一次性加入20mL蒸馏水后将锥形瓶放置在电子天平上，观察显示数字的变化，并记录（数据见下表）；③进行计算．

时间/s	60	120	180	240	300
天平示数/g	83.82	82.43	82.15	81.80	81.80

i从上表数据判断，______秒时，已经反应完全；
ii请你帮小红同学计算此样品中Na₂O₂的纯度，并写出过程．

Answer

（1）从反应条件，反应物和生成物等方面分析反应的优点；
（2）①根据装置特点探究装置气密性的检查方法；②向U形管内盛装过量的Na2O2药品，注射器中为二氧化碳气体，连接好装置，根据特殊情况下，核潜艇里工作的人员生活情况探究药品为什么需过量；③由温度计显示此反应放出热量，同时还可以观察到淡黄色的固体粉末逐渐变为白色．
（3）根据Na2O2露置在空气中能与二氧化碳反应生成碳酸钠发生变质，设计实验，验证Na2O2是否变质；根据装置的特点和反应原理分析实验过程；
（4）a．仔细观察上表数据即可判断20gNa2O2与20mL水反应的时间；b．根据表中数据计算出生成的氧气的质量，再根据Na2O2与水反应的化学方程式计算此样品中Na2O2的纯度．
【解析】
（1）在特殊情况下，核潜艇里工作的人员利用淡黄色的过氧化钠固体在常温下即能与二氧化碳反应生成氧气，用这种方法制氧气的优点是：反应条件低、方便携带、产物无污染、产生氧气同时还吸收了二氧化碳；
（2）①检查装置气密性的方法：推动A注射器的活塞，则B中活塞向右移动，且收集的气体体积相同，则气密性良好；
②向U形管内盛装过量的Na2O2药品，注射器中为二氧化碳气体，连接好装置，根据特殊情况下，核潜艇里工作的人员生活情况分析药品过量的原因：确保二氧化碳完全反应，得到纯净的氧气；
③由温度计显示此反应放出热量，说明此反应为放热反应，同时还可以观察到淡黄色的固体粉末逐渐变为白色的现象．
④因为相同的条件下，相同体积的气体具有相等的分子数，根据2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2看出二氧化碳的氧气的体积比是2：1，则待A注射器中二氧化碳气体反应完全后，装置恢复至常温，B注射器中活塞应停留在 50mL处．
（3）Na2O2露置在空气中容易发生变质，反应的化学方程式为：2Na2O2+2CO2=2Na2CO3+O2．用实验方法检验其变质的过程：取样品少许于试管中，加入稀盐酸，若产生气体，通入石灰水，石灰石变浑浊，说明已变质．
i盛放稀硫酸的实验仪器名称为分液漏斗
ii若④⑤两步的实验操作太快，生成的二氧化碳不会被碱石灰完全吸收，测出的碳酸钠质量比实际质量少，则会导致测定的Na2O2的纯度偏大．
iii鼓入空气的目的是将装置中残留的二氧化碳鼓出，使反应充分，为了吸收掉空气中二氧化碳，装置A中试剂X应选用 NaOH溶液；
ivE装置的作用是防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入D装置，影响实验结果；
（4）i．仔细观察上表数据即可判断20gNa2O2与20mL水完全反应的时间是240秒；
ii．根据表中数据计算出生成的氧气的质量是85g-81.8g=3.2g，再根据Na2O2与水反应的化学方程式：2Na2O2+2H2O=4NaOH+O2↑．计算此样品中Na2O2的纯度为：78%．
故答案为：（1）反应条件低、方便携带、产物无污染、产生氧气同时还吸收了二氧化碳（写出一点即可）
（2）其中一只注射器中抽取一定体积空气，连好装置，缓缓推动，看另一只中能否收集到等体积的气体，若能说明气密性良好．
将二氧化碳完全转化为氧气，减少实验误差；放热；淡黄色的粉末逐渐变为白色粉末； 50mL；
（3）取少量固体样品滴加稀盐酸，将气体通入澄清石灰水若出现浑浊说明已变质；
分液漏斗；偏大；将装置中残留的二氧化碳鼓出，使反应充分；NaOH溶液；防止空气中的二氧化碳和水蒸气进入D装置；
（4）240
过程：
由题意得  氧气的质量为 20g+45g+20g-81.80g=3.2g
设：Na2O2的质量为x
2Na2O2+2H2O═4NaOH+O2↑
156                32
x                  3.2g
解得 x=15.6g
所以Na2O2的纯度==78%