题目内容
某化学兴趣小组在实验室中用MnO2和盐酸反应制备氯气．由于实验室中无浓盐酸，该小组同学用4mol/L的盐酸进行了实验，但是发现加热后无氯气生成．于是，小组同学对4mol/L的盐酸不能和MnO2反应生成氯气的原因进行了探究：
【提出合理假设】
假设1： ；
假设2： ；
假设3：盐酸中H+和Cl-的浓度均不够大．
【实验验证】小组同学在实验室找到可能在实验探究过程中能用到的试剂有：
4mol/L稀盐酸、MnO2固体、浓硫酸、NaCl固体、淀粉-KI试纸
请写出实验步骤以及预期现象和结论
【问题拓展】小组同学后来通过反复实验又发现，用KMnO4固体和4mol/L盐酸反应能制得氯气．因此，KMnO4的氧化性 （填“强于”或“弱于”） MnO2的氧化性；若要生成等质量的氯气，理论上需要，KMnO4 和MnO2的物质的量之比为 ．
【提出合理假设】
假设1：
假设2：
假设3：盐酸中H+和Cl-的浓度均不够大．
【实验验证】小组同学在实验室找到可能在实验探究过程中能用到的试剂有：
4mol/L稀盐酸、MnO2固体、浓硫酸、NaCl固体、淀粉-KI试纸
请写出实验步骤以及预期现象和结论
| 实验步骤 | 预期现象与结论 |
| 步骤1：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸， | |
| 步骤2：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸， |
考点：氯气的实验室制法
专题：实验设计题
分析：【提出合理假设】根据二氧化锰与浓盐酸反应的化学方程式MnO2+4HCl（浓）
MnCl2+Cl2↑+2H2O可知，反应物为二氧化锰固体、氯离子和氢离子，据此提出假设；
【实验验证】步骤1，向二氧化锰和4mol/L的稀盐酸中进入一定量的浓硫酸，目的是增大氢离子浓度，根据反应现象得出结论；步骤2，向二氧化锰和4mol/L的浓盐酸中进入氯化钠，目的是增大氯离子浓度，根据反应现象得出正确结论；
【问题拓展】盐酸浓度相同，二氧化锰不能够氧化氯离子，而高锰酸钾能够将氯离子氧化成氯气，证明高锰酸钾的氧化性强于二氧化锰；根据电子守恒计算出KMnO4和MnO2的物质的量之比．
| ||
【实验验证】步骤1，向二氧化锰和4mol/L的稀盐酸中进入一定量的浓硫酸，目的是增大氢离子浓度，根据反应现象得出结论；步骤2，向二氧化锰和4mol/L的浓盐酸中进入氯化钠，目的是增大氯离子浓度，根据反应现象得出正确结论；
【问题拓展】盐酸浓度相同，二氧化锰不能够氧化氯离子，而高锰酸钾能够将氯离子氧化成氯气，证明高锰酸钾的氧化性强于二氧化锰；根据电子守恒计算出KMnO4和MnO2的物质的量之比．
解答：
解：【提出合理假设】浓盐酸和二氧化锰在加热条件下能发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气、水，反应的化学方程式为：MnO2+4HCl（浓）
MnCl2+Cl2↑+2H2O，反应物为H+、Cl-离子和二氧化锰固体，则影响反应能否发生的因素只能为氢离子和氯离子的浓度，
所以提出的假设为：假设1：盐酸中H+的浓度不够大；假设2：盐酸中Cl-的浓度不够大；假设3：盐酸中H+和Cl-的浓度均不够大，
故答案为：盐酸中H+的浓度不够大；盐酸中Cl-的浓度不够大；
【实验验证】步骤1：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸，再滴加几滴浓硫酸，增大了氢离子浓度，充分振荡后加热，在试管口放一张湿润的淀粉-KI试纸，若淀粉-KI试纸变蓝，则假设1成立，若淀粉-KI试纸不变蓝，则假设2或假设3成立；
步骤2：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸，加入NaCl固体，增大了氯离子浓度，充分振荡后加热，在试管口放一张湿润的淀粉-KI试纸，若淀粉-KI试纸变蓝，则假设2成立；若淀粉-KI试纸不变蓝，结合步骤1的结论②，则假设3成立，
故答案为：
【问题拓展】小组同学后来通过反复实验又发现，用KMnO4固体和4mol/L盐酸反应能制得氯气，说明KMnO4的氧化性强于MnO2的氧化性；
若要生成等质量的氯气，设转移的电子为nmol，则需要高锰酸钾的物质的量为：
mol=
mol，需要二氧化锰的物质的量为：
=
mol，则需要KMnO4和MnO2的物质的量之比为：
mol：
mol=2：5，
故答案为：强于； 2：5．
| ||
所以提出的假设为：假设1：盐酸中H+的浓度不够大；假设2：盐酸中Cl-的浓度不够大；假设3：盐酸中H+和Cl-的浓度均不够大，
故答案为：盐酸中H+的浓度不够大；盐酸中Cl-的浓度不够大；
【实验验证】步骤1：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸，再滴加几滴浓硫酸，增大了氢离子浓度，充分振荡后加热，在试管口放一张湿润的淀粉-KI试纸，若淀粉-KI试纸变蓝，则假设1成立，若淀粉-KI试纸不变蓝，则假设2或假设3成立；
步骤2：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸，加入NaCl固体，增大了氯离子浓度，充分振荡后加热，在试管口放一张湿润的淀粉-KI试纸，若淀粉-KI试纸变蓝，则假设2成立；若淀粉-KI试纸不变蓝，结合步骤1的结论②，则假设3成立，
故答案为：
| 实验步骤 | 预期现象与结论 |
| 步骤1：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸，滴加几滴浓硫酸，充分振荡，加热，在试管口放一张湿润的淀粉-KI试纸 | ①若淀粉-KI试纸变蓝，则假设1成立； ②若淀粉-KI试纸不变蓝，则假设2或假设3成立 |
| 步骤2：在试管中加入MnO2，然后滴加4mol/L稀盐酸，加入NaCl固体，充分振荡，加热，在试管口放一张湿润的淀粉-KI试纸 | ①若淀粉-KI试纸变蓝，则假设2成立； ②若淀粉-KI试纸不变蓝，结合步骤1的结论②，则假设3成立 |
若要生成等质量的氯气，设转移的电子为nmol，则需要高锰酸钾的物质的量为：
| n |
| 7-2 |
| n |
| 5 |
| nmol |
| 4-2 |
| n |
| 2 |
| n |
| 5 |
| n |
| 2 |
故答案为：强于； 2：5．
点评：本题考查了氯气的实验室制法中反应原理的探究，题目难度较大，涉及了质量守恒定律及实验方案的设计，要求学生能够根据物质的不同点找出影响反应速率的因素，并且能够设计实验方案证明，本题旨在考查学生灵活运用基础知识解决实际问题的能力．
练习册系列答案
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