Question

5．某化学小组用MnO₂和浓盐酸共热制取氯气时，利用刚吸收过SO₂的NaOH溶液对尾气进行吸收处理．请按要求回答下列问题：
（1）请写出用此法制取Cl₂的离子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）该尾气吸收处理一段时间后，吸收液中（假设不含酸式盐）肯定存在的阴离子有OH^-、SO₄^2-、Cl^-；对可能大量存在的其他阴离子（不考虑空气中CO₂的影响）设计如下实验进行探究．
①提出假设：
假设1：只存在SO₃^2-；假设2．只存在ClO^-；假设3：既存在SO₃^2-也存在ClO^-．
②质疑讨论：经分析假设3不合理，理由是SO₃^2-具有强还原性，ClO^-具有强氧化性，两者发生氧化还原反应而不能大量共存．
③实验方案设计与分析：
限选试剂：3moL•L^-1 H₂SO₄、1moL•L^-1 NaOH、0.01mol•L^-1 KMnO₄紫色石蕊试液．
实验步骤 预期现象和结论
步骤一：取少量吸收液于试管中，滴加3mol•L-1 H2SO4至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中．
步骤二：在A试管中滴加0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，振荡． 若紫红色褪去，则说明假设1成立．
步骤三：在B试管中滴加紫色石蕊溶液，振荡 若先变红后褪色，则说明假设2成立．
（3）假设有224mL（标准状况下）SO₂被15mL 1mol•L^-1的NaOH溶液完全吸收，得溶液X．忽略盐类的水解，所得X溶液中溶质正盐的物质的量为0.005mol．
若用0.2000mol•L^-1 KIO₃溶液恰好将上述溶液X中所有的硫元素氧化，还原产物为I₂，则消耗KIO₃溶液的体积为20L．

Answer 1

分析 （1）MnO₂和浓盐酸加热反应生成氯气、氯化锰和水；
（2）利用刚吸收过少量SO₂的NaOH溶液吸收含有氯气的尾气，根据溶液中发生的反应分析存在的阴离子；
①可假设1：只存在SO₃^2-；假设2只存在ClO^-；假设3：既不存在SO₃^2-，也不存在ClO^-；
②SO₃^2-具有还原性，ClO^-具有氧化性，二者不能共存；
③根据所限制实验试剂和SO₃^2-、ClO^-的性质，先加入硫酸至酸性，若存在SO₃^2-、ClO^-，分别生成了H₂SO₃和HClO；H₂SO₃具有还原性，选择具有强氧化性的高锰酸钾溶液，证明SO₃^2-的存在；因为HClO具有强氧化性，紫色石蕊溶液，证明有ClO^-的存在；
（3）首先计算SO₂和NaOH的物质的量，判断反应产物，列方程式计算相关物理量；根据转移电子数相等来计算消耗KIO₃溶液的体积．

解答 解：（1）MnO₂和浓盐酸加热反应生成氯气、氯化锰和水，其反应的离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）利用刚吸收过少量SO₂的NaOH溶液吸收含有氯气的尾气，少量的SO₂与NaOH溶液反应生成Na₂SO₃，Na₂SO₃被氯气氧化生成硫酸钠，其反应方程式为Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH=2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，故一定存在SO₄^2-、Cl^-，
故答案为：SO₄^2-、Cl^-；
（3）由已知假设1、只存在SO₃^2-，假设3、既存在SO₃^2-也存在ClO^-，可知假设2为为：只存在ClO^-，
故答案为：只存在ClO^-；
②SO₃^2-具有强还原性，ClO^-具有强氧化性，两者发生氧化还原反应而不能大量共存，
故答案为：SO₃^2-具有强还原性，ClO^-具有强氧化性，两者发生氧化还原反应而不能大量共存；
③因为吸收液呈碱性，先取少量吸收液于试管中，滴加3moL•L^-1 H₂SO₄至溶液呈酸性，然后将所得溶液分置于A、B试管中先加入硫酸的试管，若存在SO₃^2-、ClO^-，分别生成了H₂SO₃和HClO；
在A试管中滴加0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，若紫红色褪去，证明有SO₃^2-，则说明假设1成立；
在B试管中滴加紫色石蕊溶液，若溶液先变红后褪色，证明有ClO^-，则说明假设2成立，
故答案为：0.01mol•L^-1KMnO₄溶液；紫红色褪去；紫色石蕊溶液；先变红后褪色；
（3）n （SO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，n（NaOH）=0.015L×1mol/L=0.015mol，
则反应的可能方程式有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，SO₂+NaOH=NaHSO₃，
则有：2＞$\frac{n（NaOH）}{n（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{3}{2}$＞1，
所以：所得产物为Na₂SO₃和NaHSO₃，
设所得产物中含Na₂SO₃为xmol，NaHSO₃为ymol则得方程组：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.01\\;}\\{2x+y=0.015}\end{array}\right.$，解得：x=0.005，y=0.005，即正盐的物质的量为：0.005mol；
设0.2000mol•L^-1 KIO₃溶液VL恰好将上述溶液X中所有的硫元素氧化，还原产物为I₂，则KIO₃得电子总数为：0.2000mol/L×VL×（5-0），
X溶液中硫失电子总数为：0.01mol×（6-4），根据得失电子总数相等得：0.2000mol/L×VL×（5-0）=0.01mol×（6-4），解答V=20mL，
故答案为：0.005mol；20．

点评 本题属于实验探究题，要根据实验原理提出假设，再结合物质的性质加以验证，侧重于考查学生的实验探究能力和对知识的应用能力，题目难度中等．计算时注意先判断反应产物，利用氧化还原反应中转移电子数相等来计算可简化计算过程．