Question

某化學(xué)興趣小組在實驗室中用MnO₂和鹽酸反應(yīng)制備氯氣．由于實驗室中無濃鹽酸，該小組同學(xué)用4mol/L的鹽酸進(jìn)行了實驗，但是發(fā)現(xiàn)加熱后無氯氣生成．于是，小組同學(xué)對4mol/L的鹽酸不能和MnO₂反應(yīng)生成氯氣的原因進(jìn)行了探究：
【提出合理假設(shè)】
假設(shè)1：

 

；
假設(shè)2：

 

；
假設(shè)3：鹽酸中H⁺和Cl^-的濃度均不夠大．
【實驗驗證】小組同學(xué)在實驗室找到可能在實驗探究過程中能用到的試劑有：
4mol/L稀鹽酸、MnO2固體、濃硫酸、NaCl固體、淀粉-KI試紙
請寫出實驗步驟以及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論

實驗步驟	預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論
步驟1：在試管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀鹽酸，   ．
步驟2：在試管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀鹽酸，   ．

【問題拓展】小組同學(xué)后來通過反復(fù)實驗又發(fā)現(xiàn)，用KMnO₄固體和4mol/L鹽酸反應(yīng)能制得氯氣．因此，KMnO₄的氧化性

 

（填“強于”或“弱于”） MnO₂的氧化性；若要生成等質(zhì)量的氯氣，理論上需要，KMnO₄ 和MnO₂的物質(zhì)的量之比為

 

．

Answer 1

考點：氯氣的實驗室制法

專題：實驗設(shè)計題

分析：【提出合理假設(shè)】根據(jù)二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)的化學(xué)方程式MnO₂+4HCl（濃）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O可知，反應(yīng)物為二氧化錳固體、氯離子和氫離子，據(jù)此提出假設(shè)；
【實驗驗證】步驟1，向二氧化錳和4mol/L的稀鹽酸中進(jìn)入一定量的濃硫酸，目的是增大氫離子濃度，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象得出結(jié)論；步驟2，向二氧化錳和4mol/L的濃鹽酸中進(jìn)入氯化鈉，目的是增大氯離子濃度，根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象得出正確結(jié)論；
【問題拓展】鹽酸濃度相同，二氧化錳不能夠氧化氯離子，而高錳酸鉀能夠?qū)⒙入x子氧化成氯氣，證明高錳酸鉀的氧化性強于二氧化錳；根據(jù)電子守恒計算出KMnO₄和MnO₂的物質(zhì)的量之比．

解答： 解：【提出合理假設(shè)】濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化錳、氯氣、水，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：MnO₂+4HCl（濃）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，反應(yīng)物為H⁺、Cl^-離子和二氧化錳固體，則影響反應(yīng)能否發(fā)生的因素只能為氫離子和氯離子的濃度，
所以提出的假設(shè)為：假設(shè)1：鹽酸中H⁺的濃度不夠大；假設(shè)2：鹽酸中Cl^-的濃度不夠大；假設(shè)3：鹽酸中H⁺和Cl^-的濃度均不夠大，
故答案為：鹽酸中H⁺的濃度不夠大；鹽酸中Cl^-的濃度不夠大；
【實驗驗證】步驟1：在試管中加入MnO₂，然后滴加4mol/L稀鹽酸，再滴加幾滴濃硫酸，增大了氫離子濃度，充分振蕩后加熱，在試管口放一張濕潤的淀粉-KI試紙，若淀粉-KI試紙變藍(lán)，則假設(shè)1成立，若淀粉-KI試紙不變藍(lán)，則假設(shè)2或假設(shè)3成立；
步驟2：在試管中加入MnO₂，然后滴加4mol/L稀鹽酸，加入NaCl固體，增大了氯離子濃度，充分振蕩后加熱，在試管口放一張濕潤的淀粉-KI試紙，若淀粉-KI試紙變藍(lán)，則假設(shè)2成立；若淀粉-KI試紙不變藍(lán)，結(jié)合步驟1的結(jié)論②，則假設(shè)3成立，
故答案為：

實驗步驟	預(yù)期現(xiàn)象與結(jié)論
步驟1：在試管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀鹽酸，滴加幾滴濃硫酸，充分振蕩，加熱，在試管口放一張濕潤的淀粉-KI試紙	①若淀粉-KI試紙變藍(lán)，則假設(shè)1成立； ②若淀粉-KI試紙不變藍(lán)，則假設(shè)2或假設(shè)3成立
步驟2：在試管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀鹽酸，加入NaCl固體，充分振蕩，加熱，在試管口放一張濕潤的淀粉-KI試紙	①若淀粉-KI試紙變藍(lán)，則假設(shè)2成立； ②若淀粉-KI試紙不變藍(lán)，結(jié)合步驟1的結(jié)論②，則假設(shè)3成立

【問題拓展】小組同學(xué)后來通過反復(fù)實驗又發(fā)現(xiàn)，用KMnO₄固體和4mol/L鹽酸反應(yīng)能制得氯氣，說明KMnO₄的氧化性強于MnO₂的氧化性；
若要生成等質(zhì)量的氯氣，設(shè)轉(zhuǎn)移的電子為nmol，則需要高錳酸鉀的物質(zhì)的量為：

n

7-2

mol=

n

5

mol，需要二氧化錳的物質(zhì)的量為：

nmol

4-2

=

n

2

mol，則需要KMnO₄和MnO₂的物質(zhì)的量之比為：

n

5

mol：

n

2

mol=2：5，
故答案為：強于； 2：5．

點評：本題考查了氯氣的實驗室制法中反應(yīng)原理的探究，題目難度較大，涉及了質(zhì)量守恒定律及實驗方案的設(shè)計，要求學(xué)生能夠根據(jù)物質(zhì)的不同點找出影響反應(yīng)速率的因素，并且能夠設(shè)計實驗方案證明，本題旨在考查學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識解決實際問題的能力．