Question

实验室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl₂和Br₂，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的试剂是______，所用的主要仪器名称是______．
（2）加入溶液W的目的是______．用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺．由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是______．酸化溶液Z时，使用的试剂为______．

	开始沉淀时的pH	沉淀完全时的pH
Mg2+	9.6	11.0
Ca2+	12.2	c（OH-）=1.8mol?L-1

（3）实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集气体，下列装置中合理的是______．

（4）常温下，H₂SO₃的电离常数K_a1=1.2×10^-2，K_a2=6.3×10^-8；H₂CO₃的电离常数K_a1=4.5×10^-7，K_a2=4.7×10^-11．某同学设计实验验证H₂SO₃酸性强于H₂CO₃：将SO₂和CO₂气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测量溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H₂SO₃酸性强于H₂CO₃．该实验设计不正确，错误在于______．
设计合理实验验证H₂SO₃酸性强于H₂CO₃（简要说明实验步骤、现象和结论）．______．
仪器自选．
供选择的试剂：CO₂、SO₂、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂SO₃、NaHSO₃、蒸馏水、饱和石灰水、酸性KMnO₄溶液、品红溶液、pH试纸．

Answer 1

【答案】分析：实验室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、、Br^-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl₂和Br₂，应将混合物中的Mg²⁺、SO₄^2-、Br^-等离子除去，根据流程可以看出分别加入氯气将溶液中的Br^-氧化溴单质，加入氯化钡除去SO₄^2-，用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺．
（1）单质溴极易溶于有机溶剂，所以可以采用萃取的方法，萃取的主要仪器是分液漏斗；
（2）分析表中数据可知pH大于11时Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2时，Ca²⁺开始沉淀，所以理论上可选择pH最大范围是11.0≤pH＜12.2；除杂时不能引入新的杂质；
（3）CO₂的密度大于空气中的，所以采用向上排空气发收集CO₂气体．若采用长颈漏斗时，长颈漏斗的下端必需插入到溶液中，以防止CO₂气体从长颈漏斗中挥发出来；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均属于二元酸，要想通过比较二者的pH来验证二者的酸性强弱，必需使二者的浓度相同，但是SO₂和CO₂气体溶于水后的饱和溶液其浓度显然不相等（因为二者的溶解度不同），所以该实验设计不正确；要检验酸性强弱，可以采用多种方法，例如利用水解原理（酸越弱相应的强碱盐就越易水解），也可以利用较强的酸制取较弱的酸来检验．
解答：解：（1）氯气具有强氧化性，通入氯气后可以将溶液中的Br^-氧化溴单质，因为单质溴极易溶于有机溶剂，所以可以采用萃取的方法，萃取的主要仪器是分液漏斗．由流程图可知单质溴在下层，因此该有机溶剂的密度要比水的大且不溶于水，所以该试剂是CCl₄，故答案为：四氯化碳；分液漏斗；
（2）由于SO₄^2-会与Ca²⁺结合形成微溶性的硫酸钙而影响氯化钙的制备，因此必需除去；由表中数据可知pH大于11时Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2时，Ca²⁺开始沉淀，所以理论上可选择pH最大范围是11.0≤pH＜12.2；因为不能引入新的杂质，所以酸化溶液Z时，使用的试剂应该为盐酸，故答案为：除去溶液中的SO₄^2-；11.0≤pH＜12.2；盐酸；
（3）实验室制取CO₂的特点是固体和液体反应且不需要加热，由于盐酸易挥发，因此在收集之前需要出去挥发出HCl气体，因为CO₂的密度大于空气中的，所以采用向上排空气发收集CO₂气体．若采用长颈漏斗时，长颈漏斗的下端必须插入到溶液中，以防止CO₂气体从长颈漏斗中挥发出来，因此选项b、d正确，故答案为：b、d；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均属于二元酸，要想通过比较二者的pH来验证二者的酸性强弱，必需使二者的浓度相同，但是SO₂和CO₂气体溶于水后的饱和溶液其浓度显然不相等（因为二者的溶解度不同），所以该实验设计不正确；要检验酸性强弱，可以采用多种方法，例如利用水解原理（酸越弱相应的强碱盐就越易水解），也可以利用较强的酸制取较弱的酸来检验．由于SO₂和CO₂气体均可以使饱和石灰水变混浊，所以CO₂气体在通入饱和石灰水之前必需除去CO₂气体中混有的SO₂气体，故答案为：
三种参考方案如下：
方案一：配制相同物质的量浓度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度计（或pH试纸）测两溶液的pH．前者的pH小于后者，证明H₂SO₃酸性强于H₂CO₃．
方案二：将SO₂气体依次通过NaHCO₃（Na₂CO₃）溶液、酸性KMnO₄溶液、品红溶液、澄清石灰水．品红溶液不褪色、且澄清石灰水变混浊，证明H₂SO₃酸性强于H₂CO₃．
方案三：将CO₂气体依次通过NaHSO₃（Na₂SO₃）溶液、品红溶液．品红溶液不褪色，证明H₂SO₃酸性强于H₂CO₃．
点评：本题主要考察常见的基本实验操作、仪器的使用、离子的除杂和实验方案设计，综合性强．