Question

【題目】航天航空業(yè)的發(fā)展離不開化學(xué)。

資料一、嫦娥四號探測器在西昌衛(wèi)星發(fā)射中心由長征三號乙運(yùn)載火箭發(fā)射并已成功著陸月球背面，我國探月走上新臺階。

思考與分析

（1）發(fā)射嫦娥四號運(yùn)載火箭的燃料有偏二甲肼（ C2H8N2），發(fā)射時與助燃劑四氧化二氮（N2O4）劇烈反應(yīng), X的化學(xué)式為_________________________。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_________________________（ 用化學(xué)用語表示）。

（2）鈦合金是制造航天器的重要材料，鈦在元素周期表中的部分信息及其原子結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示，下列說法正確的是________________________（填序號）。

A 圖中m=22, x=8 ,

B 鈦元素屬于金屬元素

C Ti4+的核外電子數(shù)為18

D 鈦原子核內(nèi)有22個中子

（3）月球表面富含鈦鐵礦，其主要成分是鈦酸亞鐵（ FeTiO3），其中鈦元素的化合價為____________。

資料二、據(jù)報道:載人宇宙飛船或潛水艇中一般都要安裝盛放過氧化鈉（Na2O2）顆粒的裝置，其中過氧化鈉可作供氧劑。

活動與探究

某化學(xué)興趣小組同學(xué)對過氧化鈉非常好奇，進(jìn)行了如下探究:

[提出問題]過氧化鈉是否為一種制氧劑? 與人呼出的哪種氣體發(fā)生反應(yīng)?

[查閱資料]①人呼出的氣體中主要成分是N2、O2、 CO2和水蒸氣等;

NaOH溶液吸收CO2效果更好:; NaOH溶液與O2不反應(yīng)

[提出猜想]過氧化鈉與人呼出的N2或CO2或水反應(yīng)并生成氧氣。

[進(jìn)行實驗]

實驗Ⅰ:驗證過氧化鈉與氮氣反應(yīng)并生成氧氣

（1）實驗裝置如圖甲所示。

（2）實驗現(xiàn)象及結(jié)論:經(jīng)判斷過氧化鈉與氮氣沒有發(fā)生反應(yīng)，觀察到的現(xiàn)象是______________。

實驗Ⅱ:驗證過氧化鈉與水蒸氣反應(yīng)并生成氧氣

（1）同學(xué)們在老師的指導(dǎo)下設(shè)計了如圖乙所示裝置。A裝置的作用是______________，發(fā)生的變化是_______________變化。

（2）實驗現(xiàn)象及結(jié)論:帶火星的木條復(fù)燃;過氧化鈉與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)并生成氧氣。

（3）若該反應(yīng)還產(chǎn)生了氫氧化鈉，請你寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式________________。

實驗Ⅲ:驗證過氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)并生成氧氣

（1）同學(xué)們在老師的指導(dǎo)下設(shè)計了如圖丙所示裝置。A裝置中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為__________________。

（2）實驗現(xiàn)象及結(jié)論:帶火星的木條復(fù)燃;過氧化鈉與二氧化碳發(fā)生反應(yīng)并生成氧氣。

[反思與交流]

（1）某同學(xué)對實驗Ⅲ的設(shè)計提出質(zhì)疑:認(rèn)為該實驗不足以證明二氧化碳與過氧化鈉確實發(fā)生了反應(yīng)，你認(rèn)為他的理由是______________。

（2）根據(jù)上述實驗，載人宇宙飛船或潛水艇中一般都要安裝盛放過氧化鈉 （ Na2O2）顆粒的裝置，其主要原因是_______________。（填序號） 。

A 不需要加熱

B 過氧化鈉是固體

C 可以產(chǎn)生氧氣并消耗二氧化碳

（3）過氧化鈉可用于呼吸面具中作為氧氣的來源。健康成年人每分鐘需氧氣量約為0.224L （氧氣的密度是1.43g. L-1 ） ,假設(shè)氧氣主要來自于二氧化碳與過氧化鈉的反應(yīng)（反應(yīng)化學(xué)方程式為） ，現(xiàn)要維持100分鐘的呼吸.試計算:

①100分鐘的呼吸需要氧氣的質(zhì)量約為______________g （計算結(jié)果保留整數(shù)）。

②至少需要準(zhǔn)備過氧化鈉的質(zhì)量約為_______________g；

Answer 1

【答案】H2O N BC +4 帶火星的木條沒有復(fù)燃 為反應(yīng)提供水蒸氣 物理 2Na2O2+ 2H2O=4NaOH +O2↑ CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑ 二氧化碳中有少量水蒸氣，也能與過氧化鈉反應(yīng)生成氧氣 ABC 32 156

【解析】

（1）據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)前后原子的種類、個數(shù)不變， ,4個X分子中有4個氧原子、8個氫原子 X的化學(xué)式為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，元素名稱的左上角數(shù)字為原子序數(shù)，右上角的為元素符號，下邊的是相對原子質(zhì)量。在原子結(jié)構(gòu)示意圖中，小圓圈表示原子核，圓圈內(nèi)的數(shù)字表示質(zhì)子數(shù)。

A同一原子中，質(zhì)子數(shù)=核外電子數(shù)=核電荷數(shù)=原子序數(shù)，圖中m=22, x=10 ,選項錯誤；

B 鈦元素名稱帶“钅”字旁，屬于金屬元素，選項正確；

C 陽離子帶電荷的數(shù)值等于失電子數(shù)，Ti4+的核外電子數(shù)為22-4=18，選項正確；

D 鈦原子核內(nèi)有22個質(zhì)子，選項錯誤；選BC；

（3）化合物中元素的化合價代數(shù)和為零，鈦酸亞鐵（ FeTiO3）中鐵元素顯+2價，氧元素顯-2價，其中鈦元素的化合價為+4價；

資料二、

實驗Ⅰ: （2）氧氣有助燃性，能使帶火星木條復(fù)燃，觀察到的現(xiàn)象是帶火星的木條沒有復(fù)燃，說明過氧化鈉與氮氣沒有發(fā)生反應(yīng)，；

實驗Ⅱ:

（1）A裝置的作用是使水變成水蒸氣，發(fā)生的變化是物理變化；

（2）帶火星的木條復(fù)燃；說明過氧化鈉與水蒸氣發(fā)生反應(yīng)并生成氧氣；

（3）若該反應(yīng)還產(chǎn)生了氫氧化鈉，反應(yīng)的化學(xué)方程式2Na2O2+ 2H2O=4NaOH +O2↑；

實驗Ⅲ:

（1）A裝置中發(fā)生反應(yīng)是碳酸鈣和氯化氫生成氯化鈣、二氧化碳、水，化學(xué)方程式為CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑；

[反思與交流]

（1）該實驗不足以證明二氧化碳與過氧化鈉確實發(fā)生了反應(yīng)，理由是用稀鹽酸和石灰石反應(yīng)制取的二氧化碳中有少量水蒸氣，也能與過氧化鈉反應(yīng)生成氧氣；

（2）A 不需要加熱，節(jié)約能源；

B 過氧化鈉是固體便于攜帶；

C 可以產(chǎn)生氧氣并消耗二氧化碳，使人們活動的空間中二氧化碳的含量在合理范圍內(nèi)，不會因二氧化碳含量過高而導(dǎo)致人缺氧；故選ABC；

（3）過氧化鈉可用于呼吸面具中作為氧氣的來源。健康成年人每分鐘需氧氣量約為0.224L （氧氣的密度是1.43g. L-1 ） ,假設(shè)氧氣主要來自于二氧化碳與過氧化鈉的反應(yīng)（反應(yīng)化學(xué)方程式為） ，現(xiàn)要維持100分鐘的呼吸：

①100分鐘的呼吸需要氧氣的質(zhì)量約為0.224L ×1.43g. L-1×100=32g ；

②設(shè)至少需要準(zhǔn)備過氧化鈉的質(zhì)量約為x；

x=156g