题目内容

4．某兴趣小组利用文献资料设计方案对氯及其化合物进行探究．
I．用高锰酸钾和浓盐酸反应制取氯气
（1）该小组利用如图装置及试剂制备并收集适量Cl2，装置B中收集的气体中所含的杂质有HCl、H2O（g），D的作用是吸收C中逸出的Cl2．
（2）制得的氯气中加入适量水，得到饱和氯水，
饱和氯水中含氯元素的微粒有Cl-、Cl2、ClO-、HClO（写出全部微粒的化学式）．
（3）饱和氯水与石灰石的反应是制取较浓HC1O溶液的方法之一．在过量的石灰石中加入饱和氯水充分反应，有少量气泡产生，溶液浅黄绿色褪去，过滤，得到的滤液其漂白性比饱和氯水更强．
①滤液漂白性增强的原因是氯水中存在平衡Cl2+H2O?H++Cl-+HClO，CaCO3与盐酸反应，平衡正向移动，增大了HClO的浓度，漂白效果增强（用化学平衡移动原理解释）．
②已知H2CO3的第二电离常数K2=5.6×10-11，HClO的电离常数K=3.0×10-8，写出Cl2与Na2CO3溶液按物质的量之比1：1恰好反应的离子方程式Cl2+H2O+CO32-=HCO3-+HClO+Cl-．
Ⅱ．ClO3-、Cl-和H+反应的探究
（4）KClO3、KCl与硫酸可以反应．该小组设计了系列实验研究反应条件对反应的影响，实验记录如表（实验在室温下进行）：
烧杯编号1234
氯酸钾饱和溶液1mLV1mLV2mLV3mL
氯化钾固体1g1g1g1g
水8mLV4mL3mL0mL
硫酸（6mol/L）V5mL2mLV6mL8mL
现象无现象溶液呈浅黄色溶液呈黄绿色，生成浅黄绿色气体
①该系列实验的目的其他条件相同，氢离子或者硫酸浓度不同对化学反应速率的影响．
②烧杯2加水的体积V4应为6 mL，烧杯4中的现象溶液呈黄绿色，生成黄绿色气体．
（5）该小组同学查资料得知：将氯酸钾固体和浓盐酸混合也能生成氯气，同时有大量ClO2生成；ClO2沸点为10℃，熔点为-59℃，液体为红色；Cl2沸点为-34℃，液态为黄绿色．设计最简单的实验验证Cl2中含有ClO2收集一试管气体，盖上胶塞，放入冰水混合物中，观察液体（或气体）颜色变化．

分析 I．（1）盐酸易挥发，产生的氯气中混有HCl和水蒸气，氯气有毒，需要做尾气处理；
（2）根据Cl2+H2O?H++Cl-+HClO、HClO?H++ClO-分析；
（3）①CaCO3与盐酸反应降低了H+的浓度，导致Cl2+H2O?H++Cl-+HClO平衡正向移动；
②由电离常数可知HClO的酸性大于HCO3-，所以Cl2与Na2CO3溶液按物质的量之比1：1时CO32-变为HCO3-；
Ⅱ．（4）②表中数据中影响化学反应速率的因素是反应物的浓度，由于硫酸的体积不同，反应时氢离子的浓度不同，因此反应时氯酸钾的浓度必须相同；
②溶液的体积相同，通过烧杯4的溶液体积判断烧杯2加水的体积V4，其他条件相同时，硫酸浓度越大，化学反应速率越大；
（5）根据物质沸点和颜色差异设计实验．

解答 解：I．（1）2KMnO4+16HCl（浓）═2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O，盐酸易挥发，产生的氯气中HCl、H2O（g），Cl2有毒，能被浓NaOH溶液吸收，装置D可以吸收C中逸出的Cl2，
故答案为：HCl、H2O（g）；吸收C中逸出的Cl2；
（2）氯气溶于水形成饱和氯水过程中涉及Cl2+H2O?H++Cl-+HClO、HClO?H++ClO-，根据可逆反应不能进行到底，所以饱和氯水中含氯元素的微粒有Cl-、Cl2、ClO-、HClO，
故答案为：Cl-、Cl2、ClO-、HClO；
（3）①氯水中存在平衡Cl2+H2O?H++Cl-+HClO，CaCO3与盐酸反应降低了H+的浓度，平衡正向移动，导致HClO的浓度增大，漂白效果增强，
故答案为：氯水中存在平衡Cl2+H2O?H++Cl-+HClO，CaCO3与盐酸反应，平衡正向移动，增大了HClO的浓度，漂白效果增强；
②已知H2CO3的第二电离常数K2=5.6×10-11，HClO的电离常数K=3.0×10-8，说明HClO的酸性大于HCO3-，所以Cl2与Na2CO3溶液按物质的量之比1：1时CO32-变为HCO3-，离子方程式为Cl2+H2O+CO32-=HCO3-+HClO+Cl-，
故答案为：Cl2+H2O+CO32-=HCO3-+HClO+Cl-；
Ⅱ．（4）①表中数据中影响化学反应速率的因素是反应物的浓度，由于硫酸的体积不同，反应时氢离子的浓度不同，因此反应时氯酸钾的浓度必须相同，即V1mL=V2mL=V3mL=1mL，因此该系列实验的目的是其他条件相同，氢离子或者硫酸浓度不同对化学反应速率的影响，
故答案为：其他条件相同，氢离子或者硫酸浓度不同对化学反应速率的影响；
②四组实验中溶液的体积相同，烧杯4的溶液体积为1mL+8mL=9mL，所以V1mL+V4mL+2mL=9mL，V4=6ml，
烧杯4中加入6mol/L硫酸溶液体积最大，反应时氢离子浓度最大，化学反应速率最快，现象比3号烧杯中更为明显，所以现象为溶液呈黄绿色，生成黄绿色气体，
故答案为：6；溶液呈黄绿色，生成黄绿色气体；
（5）根据ClO2沸点为10℃，熔点为-59℃，液体为红色，Cl2沸点为-34℃，液态为黄绿色，为验证Cl2中含有ClO2，收集一试管气体，盖上胶塞，放入冰水混合物中，观察液体（或气体）颜色变化，若出现红色，则说明Cl2中含有ClO2，
故答案为：收集一试管气体，盖上胶塞，放入冰水混合物中，观察液体（或气体）颜色变化．

点评 本题考查氯气的实验室制法及有关性质，涉及化学平衡移动原理的应用和外界条件对化学反应速率影响的探究的方法，综合性较强，题目难度中等，其中化学平衡常数的应用为该题易错点．

练习册系列答案
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15．五种主族元素在周期表中的位置如表所示．L的单质在常温常压下呈液态，且保存时需要用水液封．下列推断正确的是（　　）
XYZT
L
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12．某温度（t℃）时，水的离子积为Kw=1×10-13．若将此温度下pH=11的苛性钠溶液aL与pH=1的稀硫酸bL混合（设混合后溶液体积的微小变化忽略不计），试通过计算填写以下不同情况时两种溶液的体积比和各种离子浓度的排列顺序．
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（2）若所得混合溶液的pH=2，则a：b=9：2．此溶液中各种离子的浓度由大到小的排列顺序是c（H+）＞c（SO42-）＞c（Na+）＞c（OH-）．
19．用NA表示阿伏加德罗常数的值，下列叙述正确的是（　　）
A．标准状况下，33.6L HF中含有氟原子的数目为1.5NA
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D．CH4与P4的分子结构都是正四面体，每1mol CH4分子与P4分子都含有4NA个共价键
9．下列说祛正确的是（　　）
A．葡萄糖溶液能产生丁达尔效应B．福尔马林可用于食品的防腐保鲜
C．医用酒精可用于饮用水消毒D．淀粉、油脂、蛋白质可提供营养
16．光纤通讯是光导纤维传送信号的一种通讯手段，合成光导纤维及氮化硅（一种无机涂层）的工艺流程如图：

回答下列问题：
（1）反应I的化学方程式为2C+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+2CO↑，其中还原剂为C（填化学式），该反应涉及的副反应可能有（碳不足）C+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$Si+CO2↑和（碳足量）3C+SiO2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiC+2CO↑．
（2）经反应Ⅱ所得的四氯化硅粗品中所含的物质如表：
组分名称SiCl4SiHCl3SiH2Cl2HClBCl3PCl3
质量分数0.5450.4050.04620.00030.001930.00157
沸点/℃57.631.88.2-8512.575.5
图中“操作X”的名称为精馏（或蒸馏或分馏）；PCl3的电子式为．
（3）已知反应Ⅳ的化学方程式为3SiCl4+4NH3$\frac{\underline{\;1400℃\;}}{\;}$Si3N4+12HCl，则反应Ⅲ和Ⅳ中尾气的用途为制取盐酸．若向一2L恒容密闭容器中投入1mol SiC14和1mol NH3，6min后反应完全，则0～6min内，HCl的平均反应速率为0.25 mol•L-l•min-l．
13．W、X、Y、Z四种短周期元素，原子序数依次增大．W、Z最外层电子数相同，Z的核电荷数是W的2倍，X的焰色反应呈黄色，工业上一般通过电解氧化物的方法获得Y的单质，则下列说法不正确的是（　　）
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B．X、Y和Z三种元素的最高价氧化物的水化物两两之间能相互反应
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