Question

17．工业上，向500-600℃的铁屑中通入氯气生产无水氯化铁；向炽热铁屑中通入氯化氢生产无水氯化亚铁．现用如图甲所示的装置模拟上述过程进行实验．

回答下列问题：
（1）制取无水氯化铁的实验中，A中反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）制取无水氯化亚铁的实验中，尾气的成分是HCl和H₂．
（3）若操作不当，制得的FeCl₂ 会含有少量FeCl₃，欲制得纯净的FeCl₂，在实验操作中应先通入氯化氢（赶尽装置中的空气），再再点燃C处酒精灯．
（4）某学习小组，查阅资料知道无水FeCl₃呈棕红色，在空气中极易潮解，100℃左右时升华，工业上常用作有机合成催化剂．学习小组利用图乙装置（夹持仪器略去）制备并收集无水FeCl₃．请回答下列问题：
①按气流方向各装置依次连接的合理顺序为dhifeccggba（填仪器接口的字母编号）．
②装置A的作用为吸收多余的Cl₂．装置E中冷水浴的作用为防止外界的水蒸气进入E中；冷凝，便于FeCl₃收集
③从实验安全考虑，整套装置存在一处明显不足，请指出B、E之间的连接导管太细，FeCl₃易凝华沉积而堵塞导管．

Answer 1

分析 生产无水氯化铁流程：A装置：制取氯气，实验室常用浓盐酸与二氧化锰加热制取MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，装置B：作用是干燥氯气，常用浓硫酸，装置C：铁和氯气反应2Fe+3Cl₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2FeCl₃，D装置尾气吸收．
生产无水氯化亚铁流程：A装置：制取HCl，浓硫酸滴到氯化钠中加热生成硫酸氢钠和氯化氢，制得氯化氢，装置B：作用是干燥氯化氢，常用浓硫酸，装置C：炽热铁屑中通入氯化氢制取无水氯化亚铁，反应方程式为：Fe+2HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCl₂+H₂↑，尾气的成分为未反应的HCl和生成的氢气，由于HCl极易溶于水，故若采用D装置进行尾气处理，很容易造成倒吸，且缺少防止水蒸汽进入C中装置，氢气不溶于水，不利于氢气的吸收，氢气易燃，造成安全隐患，装置C：若要制取纯净的FeCl₂，需先排净装置中的空气，防止在加热时Fe与O₂反应，故先点燃A处的酒精灯，再点燃C处的酒精灯．
（1）实验室利用二氧化锰与浓盐酸加热反应制取氯气；
（2）制取无水氯化亚铁，需要HCl气体，尾气的成分是剩余HCl和生成的氢气；
（3）若要制取纯净的FeCl₂，需先点燃A处的酒精灯排除装置中的空气；
根据实验装置图可知，用浓盐酸与高锰酸钾溶液反应生成氯气，氯气中有氯化氢和水杂质，为制备并收集无水FeCl₃，F装置中装饱和食盐水，除去氯气中的氯化氢，D装置中装浓硫酸干燥氯气，B装置中铁与氯气反应生成氯化铁，E装置收集生成的氯化铁，实验尾气中有氯气，要用A中碱石灰吸收，由于无水FeCl₃极易潮解，所以A装置还是一个干燥装置，防止吸收装置中的水份与氯化铁反应，可形成一个完整的装置，实际操作时需要先检验装置气密性，装入药品，先制一会儿氯气再加热铁粉，这样可以创造一个无氧环境，防铁被氧氧化，待反应结束后再停止加热，充分冷却得到目标产物．
（4）①本套装置依次由制备氯气、除HCl、干燥、反应生成氯化铁、收集、尾气处理组成，再结合气流方向连接装置；
②实验中的尾气氯气对环境有污染需要碱石灰吸收，另外也可防止空气中的水蒸汽进入E，避免氯化铁水解；装置E是收集氯化铁的，选择冰水浴，是为了降温，便于氯化铁冷凝；
③因氯化铁的沸点较低，当低于100℃时，氯化铁凝华后形成的固体可能会堵塞导管．

解答 解：（1）制取无水氯化铁的实验中，A装置制取的是氯气，实验室常用浓盐酸与二氧化锰加热制取，化学反应方程式为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）制取无水氯化亚铁，需要HCl气体，故A装置制取的是HCl，装置B：作用是干燥氯化氢，装置C：炽热铁屑中通入氯化氢制取无水氯化亚铁，反应方程式为：Fe+2HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$FeCl₂+H₂↑，故尾气的成分为未反应的HCl和生成的氢气，
故答案为：HCl和H₂；
（3）若要制取纯净的FeCl₂，需先排净装置中的空气，防止在加热时Fe与O₂反应，故先点燃A处的酒精灯制取氯化氢，通入氯化氢（赶尽装置中的空气），再点燃C处的酒精灯，
故答案为：通入氯化氢（赶尽装置中的空气），再点燃C处酒精灯；
（4）①本套装置依次是制备氯气、除杂、反应装置、尾气处理，按照气流方向连接装置时要注意流进的导管要插入液面以下，按此原则可得连接顺序为dhifeccggba，
故答案为：dhifeccggba
②装置A中碱石灰的作用是吸收多余的Cl₂、防止外界的水蒸气进入E中，装置E是为了降温冷凝，便于FeCl₃收集，
故答案为：吸收多余的Cl₂，防止外界的水蒸气进入E中；冷凝，便于FeCl₃收集
③从实验安全考虑，整套装置存在一处明显不足，就是制取装置与收集装置之间连接导管太细，即B、E之间的连接导管太细，当温度低于于100℃时，氯化铁凝华后形成的固体可能会堵塞导管，
故答案为：B、E之间的连接导管太细，FeCl₃易凝华沉积而堵塞导管．

点评 本题以氯化铁以及氯化亚铁的制取为载体，考查的是实验室中氯气的制取方法、常见尾气的处理方法以及铁离子的检验等，解题关键理在于明确实验原理和目的及各装置的作用，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础，题目难度中等．