(2019·无锡)水产养殖的速效增氧剂“鱼浮灵”的主要成分是过氧碳酸钠(aNa2CO3·bH2O2)。某化学研究小组对“鱼浮灵”的制备、成分测定及增氧原理进行了如下探究。
(查阅资料)①过氧碳酸钠有Na2CO3和H2O2的双重性质,50 ℃开始分解;②过氧碳酸钠在异丙醇(有机溶剂)中的溶解度较低。
Ⅰ.“鱼浮灵”的制备。
实验室用Na2CO3与稳定剂的混合溶液和30%的H2O2溶液反应制备过氧碳酸钠,实验装置如图所示。
(1)反应温度不能超过20 ℃的原因是 。
(2)反应结束后,停止搅拌,向反应液中加入异丙醇,静置过滤、洗涤、干燥,获得过氧碳酸钠固体。加入异丙醇的目的 。
Ⅱ.“鱼浮灵”的成分测定。
(定性检测)检测过氧碳酸钠溶液中的成分。
(3)请补充完成下列实验报告中的相关内容。
实验序号 | 实验步骤 | 实验现象 | 解释或结论 |
① | 取样,加入MnO2粉末,用带火星的木条伸入试管内 | 木条复燃 | 反应的化学方程式 |
② |
|
| 溶液中含有Na2CO3 |
(定量研究)测定“鱼浮灵”中过氧碳酸钠的组成。
实验③:称取一定质量的“鱼浮灵”样品于小烧杯中,加适量水溶解,向小烧杯中加入足量Ba(OH)2溶液,过滤、洗涤、干燥,得到碳酸钡(BaCO3)固体3.94 g。
实验④:另称取相同质量的“鱼浮灵”样品于锥形瓶中,加入足量稀硫酸,再逐滴加入高锰酸钾溶液,充分反应,消耗KMnO4的质量为1.896 g,该反应的原理是2KMnO4+5H2O2+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O。
(4)计算确定过氧碳酸钠(aNa2CO3·bH2O2)的化学式。(写出计算过程)
Ⅲ.“鱼浮灵”的增氧原理。
研究小组通过测定常温下相同时间内水溶液中溶解氧的变化,探究CO32-、OH-对H2O2分解速率的影响,设计了对比实验,实验数据记录如下表。
编号 | 试剂 | pH | 溶解氧 /(mg·L-1) |
① | H2O | 6.96 | 5.68 |
② | 4%H2O2溶液 | 6.01 | 6.44 |
③ | Na2CO3溶液+4%H2O2溶液 | 8.14 | 9.11 |
④ | NaOH溶液+4%H2O2溶液 | 8.15 | 9.12 |
⑤ | NaOH溶液+4%H2O2溶液 | 9.26 | 10.97 |
(5)由实验②可知,常温下,过氧化氢水溶液呈 (填“酸性”“中性”或“碱性”)。
(6)过氧碳酸钠可以速效增氧的原理是 。
(1)常温下鱼浮灵在水中能很快分解产生氧气
(2)使过氧碳酸钠固体尽可能多地析出
(3)2H2O22H2O+O2↑ 取样,加入适量的CaCl2溶液 产生白色沉淀
(4)解:设样品中碳酸钠的质量为x,过氧化氢的质量为y。
Na2CO3+Ba(OH)2BaCO3↓+2NaOH
106 197
x 3.94 g
x=2.12 g
由化学方程式2KMnO4+5H2O2+3H2SO4K2SO4+2MnSO4+5O2↑+8H2O得关系式:
2KMnO4~5H2O2
316 170
1.896 g y
y=1.02 g
据题意:
解得
答:过氧碳酸钠的化学式是2Na2CO3·3H2O2。
(5)酸性
(6)过氧碳酸钠中含有碳酸钠,碳酸钠易溶于水,溶液呈碱性,加快了H2O2分解,使水中溶解氧迅速增加
解析:(1)常温下鱼浮灵在水中会很快分解,而且温度越高,分解速率越快。因此生产过程中反应温度不能超过20 ℃的原因是:常温下鱼浮灵在水中能很快分解产生氧气。
(2)因为过氧碳酸钠在异丙醇(有机溶剂)中的溶解度较低,所以反应结束后,向反应液中加入异丙醇的目的是使过氧碳酸钠固体尽可能多地析出。
(3)实验①中根据木条复燃,说明有氧气生成,可以判断出溶液中含有过氧化氢,化学方程式是2H2O22H2O+O2↑;实验②结论是溶液中含有碳酸钠,根据碳酸根离子的鉴定方法,设计的实验步骤是取样,加入适量的CaCl2溶液,实验现象是产生白色沉淀。
(5)由“鱼浮灵”的增氧原理中的实验②可知,常温下,过氧化氢水溶液pH=6.01<7,呈酸性。
(6)由“鱼浮灵”的增氧原理中的实验可知,溶液的碱性越强,过氧化氢的分解速率越大,溶液中的溶解氧就越多,可见过氧碳酸钠可以速效增氧的原理是:过氧碳酸钠中含有碳酸钠,碳酸钠易溶于水,溶液呈碱性,加快了H2O2分解,使水中溶解氧迅速增加。