Question

2．某化學學習小組設計如圖1實驗裝置（夾持裝置略去）制備氯氣并探究氯氣的相關性質．D裝置為分液漏斗形狀，低進高出．

       圖1
（1）若A裝置中固體藥品為MnO₂，寫出其離子反應方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+C1₂↑+2H₂O；若A裝置中固體藥品為KC1O₃，則反應中每生成1mol Cl₂時轉移電子數(shù)目為1.67N_A或5N_A/3．
（2）裝置B的作用是除去HCl氣體和貯存少量C1₂，若C處發(fā)生了堵塞，則B中的現(xiàn)象長頸漏斗內的液面上升，瓶內液面下降．
（3）裝置C的作用是驗證氯氣是否具有漂白性，I處是濕潤的有色布條，則II、III處應加入的物質分別是無水CaC1₂和干燥的紅布條．
（4）設計裝置D、E的目的是比較氯、溴、碘的非金屬性，但是有同學認為該設計不夠嚴密，他的理由可能是可能會有C1₂溶于水中，請用化學方程式說明裝置F的作用C1₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O．
（5）甲同學提出，裝置F中的試劑可改用足量的Na₂SO₃溶液，乙同學認真思考后認為此方法有可行性，但存在有一定的危險．請用離子方程式解釋Na₂SO₃溶液吸收C1₂和存在一定危險的原因C1₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺；2H⁺+SO₃^2-=H₂O+SO₂↑．
（6）向NaOH溶液中通入一定量的Cl₂單質，兩者恰好完全反應，生成物中有三種含有Cl元素的離子，其中兩種離子ClO^-和ClO₃^-的物質的量與反應時間的曲線如圖2所示．請寫出t₂時刻反應的總化學反應方程式
5C1₂+l0NaOH=7NaCl+2NaClO+NaC1O₃+5H₂O．
               圖2．

Answer 1

分析 在加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳在A中反應生成氯氣，濃鹽酸具有揮發(fā)性，導致生成的氯氣中含有HCl，用飽和食鹽水除去氯氣中HCl，氯氣沒有漂白性但次氯酸沒有漂白性，氯氣和溴化鈉反應生成溴，溴能和KI反應生成碘單質，氯氣有毒不能排空，應該用NaOH溶液處理尾氣；
（1）加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳反應生成氯氣；和鹽酸反應的化學方程式為：KClO₃+6HCl=KCl+3Cl₂↑+3H₂O，根據(jù)氯氣和轉移電子之間關系式計算；
（2）飽和食鹽水能抑制氯氣溶解且能溶解氯化氫，該裝置還能貯存少量氯氣；
C裝置發(fā)生堵塞會導致B中壓強增大；
（3）要驗證氯氣沒有漂白性，應該用干燥劑干燥氯氣然后用干燥的紅色布條檢驗；
（4）氯氣也能氧化碘離子生成碘；有毒的氯氣和氫氧化鈉反應生成無毒物質；
（5）氯氣和亞硫酸鈉反應生成鹽酸和硫酸鈉，但鹽酸能和亞硫酸鈉反應生成二氧化硫；
（6）根據(jù)圖知，t₂時刻n（ClO₃^-）=0.1mol、n（ClO^-）=0.2mol，根據(jù)轉移電子守恒得n（Cl^-）=$\frac{0.1×5+0.2×1}{1}$=0.7mol，根據(jù)Cl原子守恒得n（C1₂）=$\frac{1}{2}$[n（ClO₃^-）+n（ClO^-）+n（Cl^-）]=1mol，則C1₂、NaCl、NaClO、NaC1O₃的物質的量之比為5：7：2：1，再結合原子守恒配平方程式．

解答 解：在加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳在A中反應生成氯氣，濃鹽酸具有揮發(fā)性，導致生成的氯氣中含有HCl，用飽和食鹽水除去氯氣中HCl，氯氣沒有漂白性但次氯酸沒有漂白性，氯氣和溴化鈉反應生成溴，溴能和KI反應生成碘單質，氯氣有毒不能排空，應該用NaOH溶液處理尾氣；
（1）加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳反應生成氯氣，離子方程式為MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+C1₂↑+2H₂O；和鹽酸反應的化學方程式為：KClO₃+6HCl=KCl+3Cl₂↑+3H₂O，反應生成3molCl₂，轉移電子5mol，則反應中每生成1mol Cl₂時轉移電子個數(shù)為1.67N_A或5N_A/3，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+C1₂↑+2H₂O；1.67N_A或5N_A/3；
（2）飽和食鹽水能抑制氯氣溶解且能溶解氯化氫，該裝置還能貯存少量氯氣，所以B裝置作用是除去HCl氣體、貯存少量C1₂；
C裝置發(fā)生堵塞會導致B中壓強增大，長頸漏斗內的液面上升，瓶內液面下降，
故答案為：除去HCl氣體；貯存少量C1₂；長頸漏斗內的液面上升，瓶內液面下降；
（3）要驗證氯氣沒有漂白性，應該用干燥劑干燥氯氣然后用干燥的紅色布條檢驗，則II、III處加入的物質為無水CaC1₂和干燥的紅布條，故答案為：無水CaC1₂；干燥的紅布條；
（4）將氯氣通入溴化鈉溶液中，導致溶液中可能含有氯氣，
氯氣也能氧化碘離子生成碘，導致干擾實驗；有毒的氯氣和氫氧化鈉反應生成無毒物質，反應方程式為C1₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，
故答案為：可能會有C1₂溶于水中；C1₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O；
（5）氯氣和亞硫酸鈉反應生成鹽酸和硫酸鈉，但鹽酸能和亞硫酸鈉反應生成二氧化硫，離子方程式為C1₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺、2H⁺+SO₃^2-=H₂O+SO₂↑，
故答案為：C1₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺；2H⁺+SO₃^2-=H₂O+SO₂↑；
（6）根據(jù)圖知，t₂時刻n（ClO₃^-）=0.1mol、n（ClO^-）=0.2mol，根據(jù)轉移電子守恒得n（Cl^-）=$\frac{0.1×5+0.2×1}{1}$=0.7mol，根據(jù)Cl原子守恒得n（C1₂）=$\frac{1}{2}$[n（ClO₃^-）+n（ClO^-）+n（Cl^-）]=1mol，則C1₂、NaCl、NaClO、NaC1O₃的物質的量之比為5：7：2：1，再結合原子守恒配平方程式為5C1₂+l0NaOH=7NaCl+2NaClO+NaC1O₃+5H₂O，
故答案為：5C1₂+l0NaOH=7NaCl+2NaClO+NaC1O₃+5H₂O．

點評 本題考查性質實驗方案設計，為高頻考點，涉及氣體制備、除雜、干燥、尾氣處理及氧化還原反應，明確實驗原理、實驗操作是解本題關鍵，難點是（6）題有關計算，題目難度中等．