Question

15．氯气与碱溶液反应，在低温和稀碱溶液中主要产物是ClO^-和Cl^-，在75℃以上和浓碱溶液中主要产物是ClO₃^-和Cl^-．研究小组用如下实验装置制取氯酸钾（KClO₃），并测定其纯度．

回答下列问题：
（1）检查装置气密性后，添加药品，待装置Ⅲ水温升至75℃开始反应．
①装置Ⅰ的作用是制备Cl₂，反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
②若取消装置Ⅱ，对本实验的影响是杂质HCl气体消耗氢氧化钾，使KClO₃产率降低．
③实验结束，拆解装置Ⅰ前为了防止大量氯气逸出，可采取的措施是将装置Ⅳ中的溶液从分液漏斗中注入圆底烧瓶．
④从装置Ⅲ的试管中分离得到KClO₃粗产品，其中混有的杂质是KClO和KCl．
（2）已知碱性条件下，ClO^-有强氧化性，而ClO₃^-氧化性很弱．设计实验证明：碱性条件下，H₂O₂能被ClO^-氧化，而不能被ClO₃^-氧化分别取少量NaClO和NaClO₃溶液于试管AB中，均滴加少量NaOH溶液，再分别滴加H₂O₂溶液，A中有气泡产生并能使带火星的木条复燃，B中无明显现象．
（3）为测定产品KClO₃的纯度，进行如下实验：
步骤1：取2.45g样品溶于水配成250mL溶液．
步骤2：取25.00mL溶液于锥形瓶中，调至pH=10，滴加足量H₂O₂溶液充分振荡，然后煮沸溶液1～2分钟，冷却．
步骤3：加入过量KI溶液，再逐滴加入足量稀硫酸．（ClO₃^-+6I^-+6H⁺=Cl^-+3I₂+3H₂O）
步骤4：加入指示剂，用0.5000mol•L^-1Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL．（2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）
①步骤2的目的是除去ClO^-．写出煮沸时反应的化学方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
②样品中KClO₃的质量分数为83.3%．（KClO₃式量：122.5）

Answer 1

分析 氯气与碱溶液反应，在低温和稀碱溶液中主要产物是ClO^-和Cl^-，在75℃以上和浓碱溶液中主要产物是ClO₃^-和Cl^-．利用装置Ⅰ制备氯气，通过装置Ⅱ中的饱和Ⅱ水除去氯气中杂质气体HCl，氯气通入装置Ⅲ的d装置中的氢氧化钾溶液控制温度75℃以上发生反应生成氯酸钾，剩余氯气通过装置Ⅳ中的氢氧化钠溶液吸收过量氯气，避免污染空气，
（1）①Ⅰ中是二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气的发生装置；
②装置Ⅱ是饱和食盐水用来除去氯气中的氯化氢气体，避免影响生成氯酸钾的产量；
③拆解装置Ⅰ前为了防止大量氯气逸出，可以利用装置Ⅳ中的氢氧化钠溶液从分液漏斗加入吸收剩余的氯气；
④在75℃以上氯气和浓碱溶液中主要产物是ClO₃^-和Cl^-，所以混有杂质为氯化钾；
（2）已知碱性条件下，ClO^-有强氧化性，而ClO₃^-氧化性很弱，碱性条件下，H₂O₂能被ClO^-氧化，而不能被ClO₃^-氧化，结合生成产物的性质和检验设计实验方案；
①测定产品KClO₃的纯度，样品中含次氯酸钾，加入过氧化氢会和次氯酸根离子发生反应，煮沸过程中过氧化氢分解生成水和氧气；
②ClO₃^-+6I^-+6H⁺=Cl^-+3I₂+3H₂O，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，依据离子方程式定量关系计算，注意溶液体积的变化．

解答 解：氯气与碱溶液反应，在低温和稀碱溶液中主要产物是ClO^-和Cl^-，在75℃以上和浓碱溶液中主要产物是ClO₃^-和Cl^-．利用装置Ⅰ制备氯气，通过装置Ⅱ中的饱和Ⅱ水除去氯气中杂质气体HCl，氯气通入装置Ⅲ的d装置中的氢氧化钾溶液控制温度75℃以上发生反应生成氯酸钾，剩余氯气通过装置Ⅳ中的氢氧化钠溶液吸收过量氯气，避免污染空气，
（1）①Ⅰ中是二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气的发生装置，反应的化学方程式为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：Cl₂；MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
②装置Ⅱ是饱和食盐水用来除去氯气中的氯化氢气体，避免影响生成氯酸钾的产量，若取消装置Ⅱ，对本实验的影响是杂质HCl气体消耗氢氧化钾，使KClO₃产率降低，
故答案为；杂质HCl气体消耗氢氧化钾，使KClO₃产率降低；
③拆解装置Ⅰ前为了防止大量氯气逸出，可以利用装置Ⅳ中的氢氧化钠溶液从分液漏斗加入吸收剩余的氯气，Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，将装置Ⅳ中的溶液从分液漏斗中注入圆底烧瓶吸收剩余氯气，
故答案为：将装置Ⅳ中的溶液从分液漏斗中注入圆底烧瓶；
④在75℃以上氯气和浓碱溶液中主要产物是ClO₃^-和Cl^-，所以混有杂质为氯化钾，
故答案为：KCl；
（2）已知碱性条件下，ClO^-有强氧化性，而ClO₃^-氧化性很弱，碱性条件下，H₂O₂能被ClO^-氧化，而不能被ClO₃^-氧化，结合生成产物的性质和检验设计实验方案；
①测定产品KClO₃的纯度，样品中含次氯酸钾，加入过氧化氢会和次氯酸根离子发生反应，步骤2的目的是除去ClO^-，煮沸过程中过氧化氢分解生成水和氧气，反应的化学方程式为：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案为：除去ClO^-；2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②ClO₃^-+6I^-+6H⁺=Cl^-+3I₂+3H₂O，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，依据离子方程式定量关系计算，
ClO₃^-～3I₂～6S₂O₃^2-，
 1           6
 n         0.5000mol•L^-1 ×0.02000L
n=$\frac{0.01}{6}$mol，
250ml溶液中所含KClO₃的物质的量=$\frac{0.01}{6}$mol×$\frac{250}{25}$=$\frac{0.1}{6}$mol，
2.45g样品中KClO₃的含量=$\frac{\frac{0.1}{6}mol×122.5g/mol}{2.45g}$×100%=83.3%，
故答案为：83.3%．

点评 本题考查了物质组成、物质成分的实验探究分析，实验探究、实验步骤、实验计算等知识点，主要是氧化还原反应产物的生成和判断，掌握基础是解题关键，题目难度中等．