Question

5．过碳酸钠（2Na₂CO₃•3H₂O₂）是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂．某兴趣小组制备过碳酸钠的实验方案（图1）和装置示意图如图2：
图1

已知：主反应：2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂ （s）△H＜0
副反应：2H₂O₂=2H₂O+O₂↑，50℃时2Na₂CO₃•3H₂O₂ （s） 开始分解
请回答下列问题：
（1）步骤①的关键是控制温度，原因是制备过碳酸钠是放热反应，防止分解，其措施有冷水浴、磁力搅拌和缓慢滴加H₂O₂溶液．
（2）在滤液X中加入适量NaCl固体可析出过碳酸钠，原因是增大钠离子浓度、降低产品的溶解度（盐析作用或醇析作用）．
（3）步骤③中选用无水乙醇洗涤产品的目的是洗去水份，利于干燥．
（4）下列物质中，会引起过碳酸钠失效的有BD．

A．NaHCO₃            B．MnO₂                                                   图2
C．Na₂SiO₃           D．Na₂SO₃
（5）过碳酸钠产品中往往含有少量碳酸钠，可用重量法测定过碳酸钠的质量分数；其操作步骤：取样品溶解→加入BaCl₂溶液→过滤洗涤干燥称量，需要直接测定的物理量有：样品的质量m₁g、沉淀的质量m₂g（用字母表示并注明其含义）．产品中过碳酸钠质量分数的表达式为：$\frac{314（{m}_{1}-\frac{106{m}_{2}}{197}）}{102{m}_{1}}$．

Answer 1

分析 双氧水和碳酸钠混合控制温度发生反应2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂（s），静置过滤得到固体2Na₂CO₃•3H₂O₂，滤液中含有双氧水，将固体洗涤、干燥得到较纯净的2Na₂CO₃•3H₂O₂；
（1）温度过高时过碳酸钠分解导致其产率过低；反应温度较低，控制温度可迁移苯与硝酸反应的温度控制方法；还可以搅拌冷却；让反应速率减小，缓慢滴加H₂O₂溶液；
（2）钠离子浓度越大，碳酸钠的溶解度越小；
（3）过碳酸钠难溶于乙醇，水和乙醇互溶；
（4）过碳酸钠相当于带结晶双氧水的碳酸钠，具有双氧水的性质，催化剂、还原性物质易促进过碳酸钠反应而导致失效；
（5）沉淀法测定过碳酸钠质量分数需要称量样品质量和沉淀质量，列方程计算过碳酸钠的质量，进而计算得到过碳酸钠质量分数．

解答 解：双氧水和碳酸钠混合控制温度发生反应2Na₂CO₃ （aq）+3H₂O₂ （aq）?2Na₂CO₃•3H₂O₂（s），静置过滤得到固体2Na₂CO₃•3H₂O₂，滤液中含有双氧水，将固体洗涤、干燥得到较纯净的2Na₂CO₃•3H₂O₂；
（1）制备过碳酸钠是放热反应，反应过程中放出的热量使温度升高，温度过高会导致过碳酸钠分解，从而降低其产率；
反应温度较低，控制温度可迁移苯与硝酸反应的温度控制方法，即水浴法；搅拌也可以控制温度，所以还可用磁力搅拌的方法；让反应速率减小控制温度，所以可用缓慢滴加H₂O₂溶液的方法，
故答案为：制备过碳酸钠是放热反应，防止分解；冷水浴；磁力搅拌；缓慢滴加H₂O₂溶液； 
（2）加入氯化钠固体或无水乙醇，钠离子浓度增大，降低了过碳酸钠的溶解度，故答案为：增大钠离子浓度、降低产品的溶解度（盐析作用或醇析作用）；
（3）无水乙醇能和水互溶，且极易挥发，所以选用无水乙醇洗涤，所以其目的是：洗去水份，利于干燥，
故答案为：洗去水份，利于干燥；
（4）过碳酸钠相当于带结晶双氧水的碳酸钠，具有双氧水的性质，催化剂、还原性物质易促进过碳酸钠反应而导致失效，二氧化锰能作双氧水的催化剂、亚硫酸钠具有还原性，碳酸氢钠和硅酸钠都不与过碳酸钠反应，所以能引起过碳酸钠失效的是二氧化锰和亚硫酸钠，故选BD；
（5）实验过程中直接测定的物理量为样品的质量m₁g、沉淀的质量m₂g，沉淀物质的量=$\frac{{m}_{2}g}{197g/mol}$=$\frac{{m}_{2}}{197}$mol，设过碳酸钠物质的量为x，含有的碳酸钠物质的量为y，依据碳元素守恒得到2x+y=$\frac{{m}_{2}}{197}$，
314x+106y=m₁
x=$\frac{{m}_{1}-\frac{{m}_{2}×106}{197}}{102}$；
过碳酸钠质量分数=$\frac{{m}_{1}-\frac{{m}_{2}×106}{197}}{102}$mol×314g/mol÷m₁g=$\frac{314（{m}_{1}-\frac{106{m}_{2}}{197}）}{102{m}_{1}}$，
 故答案为：样品的质量m₁g、沉淀的质量m₂g； $\frac{314（{m}_{1}-\frac{106{m}_{2}}{197}）}{102{m}_{1}}$．

点评 本题考查制备实验方案设计，侧重考查分析、计算及知识迁移、基本操作能力，难点是过碳酸钠质量分数的计算，灵活运用原子守恒解答，（4）利用知识迁移方法解答即可，题目难度中等．