Question

14．叠氮化钠（NaN₃）被广泛应用于汽车安全气囊，某化学小组同学对其进行下列研究．
【查阅资料】：
①NaN₃受撞击会迅速分解生成Na、N₂，写出该反应的化学方程式2NaN₃$\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑．
②NaN₃遇盐酸、H₂SO₄溶液无气体生成；
③碱石灰是CaO和 NaOH的混合物；
④NaN₃工业上制备方法是：将金属钠与液态氨反应制得NaNH₂，再将NaNH₂与N₂O反应可生成NaN₃、NaOH和气体X，该反应的化学方程式为2NaNH₂+N₂O=NaN₃+NaOH+X；则X的化学式为NH₃．
【问题探究】：（一）测定某工业级NaN₃样品中Na₂CO₃的质量分数
（1）工业级NaN₃中常含有少量的Na₂CO₃，其原因是（用化学方程式表示）2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O；
（2）某同学设计如图1装置测出碳酸钠的质量分数，其实验数据记录如表：

称量项目	称量时间	质量（g）
试样		100.00
装置+稀硫酸质量		241.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后15秒	339.20
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后35秒	339.00
装置+稀硫酸质量+试样	反应开始后55秒	339.00

①写出锥形瓶中发生的反应方程式：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
②若无浓硫酸的洗气装置，会使测定的结果偏大（填“偏大”、“偏小”或“不变”）；
③利用表中数据计算出碳酸钠的质量分数为5.3%．
【问题探究】：（二）测定某工业级样品中NaN₃的质量分数
小谈同学精确称量0.140g NaN₃样品，设计如图2装置测定其质量分数．
已知2NaN₃→3N₂（NaN₃中的N全部转化为N₂，其他产物略），反应中放出大量的热．
（1）检查该装置气密性的方法是：连接好装置，从水准管注水，左右两边出现稳定的液面差，说明气密性良好．
（2）使用冷水冷凝的目的是：使水蒸气液化（或除去水蒸气）；．
（3）倾斜锥形瓶使小试管中的NaN₃样品与M溶液接触充分反应． 常温下测得量气管读数为67.2mL（N₂的密度为1.25g/L），则实验中选用的量气管规格合适的是A（填字母序号）．
A.100mL        B.1L       C.2L
（4）计算工业级样品中NaN₃的质量分数（写出计算过程，结果保留0.1%）．

Answer 1

分析 【查阅资料】：
①根据信息判断反应物、生成物、反应条件，然后写出方程式；
④根据质量守恒定律的实质来判断X的化学式，再根据气体的酸碱性考虑；
【问题探究】：
（一）
（1）氢氧化钠和空气中的二氧化碳反应反应生成碳酸钠，据此回答；
（2）①从题目中给出的反应原理进行分析解答；
②根据C装置的浓硫酸干燥CO₂气体，若无C装置会使实验结果偏大解答；
③根据表中信息可知：反应前后减少的质量为生成的二氧化碳的质量，利用生成的二氧化碳的质量和化学方程式Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑计算出样品中碳酸钠的质量，然后根据质量分数公式便可计算出样品中纯碱的质量分数．
（二）
（1）根据出现液面差后，如装置严密，装置内的气压不变的情况回答．
（2）反应可能产生水蒸气，使用冷水冷凝可除去生成的气体中的水蒸气；
（3）量取体积时，量筒的量程要和所测体积相近，且只能一次量出．
（4）先根据体积和密谋计算氮气的体积，再利用关系式2NaN₃→3N₂计算NaN₃样品的纯度．

解答 解：（1）汽车经撞击后，30毫秒内引发NaN₃迅速分解为Na、N₂，即反应物是NaN₃，生成物是Na、N₂，条件是撞击，所以反应方程式为 2NaN₃$\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑；
（2）根据质量守恒定律，反应前后原子的种类和数目不变，可确定气体X的化学式为：NH₃，氨气溶于水形成的氨水显碱性，能使湿润的红色石蕊试纸变蓝，使无色酚酞试液变红色，所以可以用无色酚酞试纸或红色石蕊试纸检测；
【问题探究】：
（1）工业级NaN₃中常含有少量的Na₂CO₃，其原因是氢氧化钠和空气中的二氧化碳反应反应生成碳酸钠，故答案为：2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O
（2）①锥形瓶中发生的反应方程式：Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；
②C装置的浓硫酸干燥CO₂气体，若无C装置会使实验结果偏大；
③根据表中信息可知：反应前后减少的质量为生成的二氧化碳的质量，二氧化碳的质量=100.00g+241，20g-339.00g=2.2g
设样品中碳酸钠的质量是x．
Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑
106                    44
x                      2.2g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{2.2g}$
x=5.3g
碳酸钠的质量分数为：$\frac{5.3g}{100g}×$100%=5.3%
（二）
（1）连接好装置，从水准瓶注水，量气管中液面与右边液面形成高度差，做好标记，一段时间后，如装置严密，装置内气压不变，两边高度差不变；
（2）反应可能产生水蒸气，使用冷水冷凝的目的是除去生成的气体中的水蒸气．
（3）量取体积时，量筒的量程要和所测体积相近，且只能一次量出，所以选100mL的量筒．
（4）生成氮气的质量为67.2mL÷1000mL/L×1.25g/L=0.084g．
设NaN₃样品的纯度X
2NaN₃$\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑．
130             84
X•0.140g     0.084g
$\frac{130}{X×0.140g}=\frac{84}{0.084g}$
解得：X=92.86%
答案：
（一）①2NaN₃$\frac{\underline{\;撞击\;}}{\;}$2Na+3N₂↑；④NH₃，
【问题探究】：
（一）（1）2NaOH+CO₂═Na₂CO₃+H₂O； （2）①Na₂CO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+H₂O+CO₂↑；②偏大；③5.3%
（二）
（1）左右两边出现稳定的液面差；
（2）使水蒸气液化（或除去水蒸气）；
（3）A；
（4）92.9%．

点评 综合实验涉及知识面广，对学生思维能力要求高，既考查知识的识记、理解、迁移、运用，又考查分析、对比、归纳等思维能力，符合素质教育培养学生能力的要求，对这类题目要重点训练．