题目内容

12．某化学兴趣小组的同学利用下图所示实验装置进行实验（图中a、b、c表示止水夹）．

请按要求填空：
（1）利用B装置可制取的气体有H2、CO2（填2种）．
（2）A、C、E相连后的装置可用于制取Cl2并进行相关的性质实验．若在丙中加入适量水，即可制得氯水．将所得氯水分成两份，进行Ⅰ、Ⅱ两个实验，实验操作、现象结论如下：
实验序号实验操作现象结论
Ⅰ将氯水滴入品红溶液溶液褪色氯气与水反应的产物有漂白性
Ⅱ氯水中加入 NaHCO3粉末有无色气泡产生氯气与水反应的产物具有较强的酸性
请你评价实验Ⅰ、Ⅱ的结论是否合理？若不合理，请说明理由．实验Ⅰ结论不合理，因为Cl2也有氧化性，此实验无法确定是Cl2还是HClO漂白；实验Ⅱ结论不合理，因为制取的氯气中含有HCl气体，HCl溶于水后能与NaHCO3粉末反应产生气泡
（3）请利用上述A、C装置设计一个简单的实验，验证Cl2和Br2的氧化性强弱（分别指出甲、乙、丙中盛装的试剂、实验现象及结论）在甲、乙、丙中分别装入浓盐酸、MnO2、NaBr溶液，烧瓶中有黄绿色气体生成，试管中溶液由无色变为橙色，证明Cl2的氧化性强于Br2．
（4）B、D、E装置相连后，在B中盛装足量浓硝酸和铜片（放在有孔塑料板上），可制得NO2并进行有关实验．B中发生反应的化学方程式为Cu+4HNO3（浓）=Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O．欲用D装置验证NO2与水的反应，其操作步骤为：先关闭止水夹a、b，再打开止水夹c，使烧杯中的水进入试管丁的操作是双手紧握（或微热）试管丁使试管中气体逸出，NO2与水接触后即可引发烧杯中的水倒流入试管丁．试管丁中的NO2与一定量的O2混合后倒插水中，试管$\frac{9}{10}$充满水，则原试管丁中的混合气体的平均分子量可能为42.08或44.04．（保留二位小数）

分析 （1）B装置为块状不溶于水的固体和液体反应制取气体的装置，并不用加热，根据反应的特点分析；
（2）氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使品红溶液褪色，盐酸易挥发，制备的氯气中含有HCl气体；
（3）验证Cl-和Br-的还原性强弱可根据反应Cl2+2Br-=2Cl-+Br2设计实验；
（4）浓硝酸具有强氧化性，与铜反应生成二氧化氮气体，NO2与水反应生成无色气体NO；NO2与一定量的O2混合后倒插水中，剩余气体为NO或氧气，以此计算．

解答 解：（1）B装置为块状不溶于水的固体和液体反应制取气体的装置，并不用加热，中学中常见的有H2、CO2、NO2、NO、C2H2 H2S 等，
故答案为：H2、CO2；
（2）氯气与水反应生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使品红溶液褪色，A装置制备的氯气中含有HCl气体，在实验中没有进行除杂，
HCl溶于水后能与碳酸氢钠粉末反应产生气泡，所以实验Ⅰ结论合理，实验Ⅱ结论不合理，
故答案为：实验Ⅰ结论不合理，因为Cl2也有氧化性，此实验无法确定是Cl2还是HClO漂白；实验Ⅱ结论不合理，因为制取的氯气中含有HCl气体，HCl溶于水后能与NaHCO3粉末反应产生气泡；
（3）验证Cl-和Br-的还原性强弱可根据反应Cl2+2Br-=2Cl-+Br2设计实验，在A装置中制备氯气，生成的气体通入到装有溴化钠溶液的C中，如烧瓶中有黄绿色气体生成，试管中溶液由无色变为橙色，可证明氯气的氧化性强于溴，则Br-的还原性强于Cl-，
故答案为：在甲、乙、丙中分别装入浓盐酸、MnO2、NaBr溶液，烧瓶中有黄绿色气体生成，试管中溶液由无色变为橙色，证明Cl2的氧化性强于Br2；
（4）浓硝酸具有强氧化性，与铜反应生成二氧化氮气体，B中反应的化学方程式为Cu+4HNO3（浓）═Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O，D装置验证NO2与水的反应，要先关闭a、b，再打开c，双手紧握（或微热）试管丁使试管中气体逸出，NO2与水接触后即可引发烧杯中的水倒流入试管丁；
NO2和O2混合气体的试管倒立于水中，发生反应：4NO2+O2+2H2O=4HNO3 最后剩余气体可能为氧气，也可能是NO气体，设NO2和O2混合气体的物质的量为10mol，
若剩余气体为氧气，设参加4NO2+O2+2H2O=4HNO3 反应消耗的氧气为x，则有消耗的NO2为4x，即：5x=9mol，x=1.8mol．即氧气为2.8mol，V（NO2）=7.2mol；
混合气体的总质量为7.2molNO2与2.8molO2的质量之和为7.2mol×46g/mol+2.8mol×32g/mol=420.8g，平均摩尔质量$\frac{420.8g}{10mol}$=42.08g/mol，平均分子量42.08；
若剩余气体为NO气体，试管9/10充满水，则剩余1molNO，根据3NO2+H2O=2HNO3+NO，说明过量的NO2为3mol，反应4NO2+O2+2H2O=4HNO3消耗的气体总体积为7mol，设反应消耗的氧气为y，则有消耗的NO2为4y则有5y=7mol，y=1.4mol，即此时氧气为1.4mol，V（NO2）=8.6mol；
混合气体的总质量为8.6molNO2与1.4molO2的质量之和为8.6mol×46g/mol+1.4mol×32g/mol=440.4g，平均摩尔质量$\frac{440.4g}{10mol}$=44.04g/mol，平均分子量44.04；
故答案为：Cu+4HNO3（浓）═Cu（NO3）2+2NO2↑+2H2O；a、b；c；双手紧握（或微热）试管丁使试管中气体逸出，NO2与水接触后即可引发烧杯中的水倒流入试管丁；
42.08或44.04．

点评 本题考查性质实验方案的设计及实验装置的综合应用，为高频考点，注意制备气体的实验装置和反应原理以及NO2、O2和H2O反应的计算，把握物质的性质及实验技能为解答的关键，侧重分析、实验及计算能力的综合考查，题目难度中等．

练习册系列答案
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2．下列各组中的反应，属于同一反应类型的是（　　）
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3．将图1所示装置中的盐桥换成铜导线与两石墨棒连接得到图2所示装置，发现电流计指针仍然有偏转，下列说法不正确的是（　　）
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20．下列有关叙述不正确的是（　　）
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B．CH4+Cl2→CH3Cl+HCl；置换反应
C．CH2=CH2+HCl→CH3-CH2Cl；加成反应
D．2CH3CH2OH+O2$\stackrel{Cu}{→}$2CH3CHO+2H2O；氧化反应
8．氯化铁是一种重要的化学试剂和化工原料，工业上以黄铁矿（主要成分为FeS2）为原料在制备硫酸的同时，利用其煅烧后炉渣的主要成分Fe2O3可制备氯化铁晶体（FeCl3•6H2O），其工艺流程如下（杂质不参与反应）：
回答下列问题：
（1）高温煅烧时，黄铁矿要粉碎成细小的颗粒，其目的是增大与空气的接触面积，提高反应速率．
（2）黄铁矿高温煅烧时发生反应的化学方程式4FeS2+11O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$2Fe2O3+8SO2．
（3）酸溶及后续过程中均需保持盐酸过量，其目的是使Fe2O3完全溶于酸、防止FeCl3水解．
（4）系列操作包括：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤等．蒸发与过滤时玻璃棒的作用分别是：搅拌、引流．
（5）取a g黄铁矿，按上述流程制得FeCl3•6H2O晶体，将该晶体溶于水，再将所得溶液蒸干、灼烧，得到b g固体产物（整个过程中的损耗忽略不计），黄铁矿的纯度为$\frac{3b}{2a}$×100% （用含a、b的表达式表示）．

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