Question

航天航空业的发展离不开化学。

资料一、嫦娥四号探测器在西昌卫星发射中心由长征三号乙运载火箭发射并已成功着陆月球背面，我国探月走上新台阶。

思考与分析

（1）发射嫦娥四号运载火箭的燃料有偏二甲肼（ C₂H₈N₂），发射时与助燃剂四氧化二氮（N₂O₄）剧烈反应, X的化学式为_________________________。偏二甲肼 （C₂H₈N₂）分子和四氧化二氮 （ N₂O₄） 分子中含有的相同的微粒是_________________________（ 用化学用语表示）。

（2）钛合金是制造航天器的重要材料，钛在元素周期表中的部分信息及其原子结构示意图如图所示，下列说法正确的是________________________（填序号）。

A 图中m=22, x=8 ,

B 钛元素属于金属元素

C Ti⁴⁺的核外电子数为18

D 钛原子核内有22个中子

（3）月球表面富含钛铁矿，其主要成分是钛酸亚铁（ FeTiO₃），其中钛元素的化合价为____________。

资料二、据报道:载人宇宙飞船或潜水艇中一般都要安装盛放过氧化钠（Na₂O₂）颗粒的装置，其中过氧化钠可作供氧剂。

活动与探究

某化学兴趣小组同学对过氧化钠非常好奇，进行了如下探究:

[提出问题]过氧化钠是否为一种制氧剂? 与人呼出的哪种气体发生反应?

[查阅资料]①人呼出的气体中主要成分是N₂、O₂、 CO₂和水蒸气等;

NaOH溶液吸收CO₂效果更好:; NaOH溶液与O₂不反应

[提出猜想]过氧化钠与人呼出的N₂或CO₂或水反应并生成氧气。

[进行实验]

实验Ⅰ:验证过氧化钠与氮气反应并生成氧气

（1）实验装置如图甲所示。

（2）实验现象及结论:经判断过氧化钠与氮气没有发生反应，观察到的现象是______________。

实验Ⅱ:验证过氧化钠与水蒸气反应并生成氧气

（1）同学们在老师的指导下设计了如图乙所示装置。A装置的作用是______________，发生的变化是_______________变化。

（2）实验现象及结论:带火星的木条复燃;过氧化钠与水蒸气发生反应并生成氧气。

（3）若该反应还产生了氢氧化钠，请你写出反应的化学方程式________________。

实验Ⅲ:验证过氧化钠与二氧化碳反应并生成氧气

（1）同学们在老师的指导下设计了如图丙所示装置。A装置中发生反应的化学方程式为__________________。

（2）实验现象及结论:带火星的木条复燃;过氧化钠与二氧化碳发生反应并生成氧气。

[反思与交流]

（1）某同学对实验Ⅲ的设计提出质疑:认为该实验不足以证明二氧化碳与过氧化钠确实发生了反应，你认为他的理由是______________。

（2）根据上述实验，载人宇宙飞船或潜水艇中一般都要安装盛放过氧化钠 （ Na₂O₂）颗粒的装置，其主要原因是_______________。（填序号） 。

A 不需要加热

B 过氧化钠是固体

C 可以产生氧气并消耗二氧化碳

（3）过氧化钠可用于呼吸面具中作为氧气的来源。健康成年人每分钟需氧气量约为0.224L （氧气的密度是1.43g. L^-1 ） ,假设氧气主要来自于二氧化碳与过氧化钠的反应（反应化学方程式为） ，现要维持100分钟的呼吸.试计算:

①100分钟的呼吸需要氧气的质量约为______________g （计算结果保留整数）。

②至少需要准备过氧化钠的质量约为_______________g；

Answer

H2O N BC +4 带火星的木条没有复燃 为反应提供水蒸气 物理 2Na2O2+ 2H2O=4NaOH +O2↑ CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 二氧化碳中有少量水蒸气，也能与过氧化钠反应生成氧气 ABC 32 156

【解析】

（1）据质量守恒定律可知，反应前后原子的种类、个数不变， ,4个X分子中有4个氧原子、8个氢原子 X的化学式为H2O。偏二甲肼 （C2H8N2）分子和四氧化二氮 （ N2O4） 分子中含有的相同的微粒是氮原子：N；

（2）在元素周期表中，元素名称的左上角数字为原子序数，右上角的为元素符号，下边的是相对原子质量。在原子结构示意图中，小圆圈表示原子核，圆圈内的数字表示质子数。

A同一原子中，质子数=核外电子数=核电荷数=原子序数，图中m=22, x=10 ,选项错误；

B 钛元素名称带“钅”字旁，属于金属元素，选项正确；

C 阳离子带电荷的数值等于失电子数，Ti4+的核外电子数为22-4=18，选项正确；

D 钛原子核内有22个质子，选项错误；选BC；

（3）化合物中元素的化合价代数和为零，钛酸亚铁（ FeTiO3）中铁元素显+2价，氧元素显-2价，其中钛元素的化合价为+4价；

资料二、

实验Ⅰ: （2）氧气有助燃性，能使带火星木条复燃，观察到的现象是带火星的木条没有复燃，说明过氧化钠与氮气没有发生反应，；

实验Ⅱ:

（1）A装置的作用是使水变成水蒸气，发生的变化是物理变化；

（2）带火星的木条复燃；说明过氧化钠与水蒸气发生反应并生成氧气；

（3）若该反应还产生了氢氧化钠，反应的化学方程式2Na2O2+ 2H2O=4NaOH +O2↑；

实验Ⅲ:

（1）A装置中发生反应是碳酸钙和氯化氢生成氯化钙、二氧化碳、水，化学方程式为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；

[反思与交流]

（1）该实验不足以证明二氧化碳与过氧化钠确实发生了反应，理由是用稀盐酸和石灰石反应制取的二氧化碳中有少量水蒸气，也能与过氧化钠反应生成氧气；

（2）A 不需要加热，节约能源；

B 过氧化钠是固体便于携带；

C 可以产生氧气并消耗二氧化碳，使人们活动的空间中二氧化碳的含量在合理范围内，不会因二氧化碳含量过高而导致人缺氧；故选ABC；

（3）过氧化钠可用于呼吸面具中作为氧气的来源。健康成年人每分钟需氧气量约为0.224L （氧气的密度是1.43g. L-1 ） ,假设氧气主要来自于二氧化碳与过氧化钠的反应（反应化学方程式为） ，现要维持100分钟的呼吸：

①100分钟的呼吸需要氧气的质量约为0.224L ×1.43g. L-1×100=32g ；

②设至少需要准备过氧化钠的质量约为x；

x=156g