Question

11．某化学活动小组设计如图所示（部分夹持装置已略去）实验装置，以探究潮湿的Cl₂与Na₂CO₃反应得到的固体物质．

（1）写出装置A中发生反应的离子方程式：4H⁺+2Cl^-+MnO₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O
（2）写出试剂Y的名称：饱和食盐水．
（3）已知：通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，其为含氯氧化物．可以确定的是C中含有的氯盐只有一种，且含有NaHCO₃，现对C成分进行猜想和探究．
①提出合理假设：
假设一：存在两种成分：NaHCO₃和NaCl
假设二：存在三种成分：NaHCO₃和NaCl、Na₂CO₃．
②设计方案，进行实验．请写出实验步骤以及预期现象和结论（可不填满）．
限选实验试剂和仪器：蒸馏水、稀硝酸、BaCl₂溶液、澄清石灰水、AgNO₃溶液、试管、小烧杯．

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取C中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水至固体溶解，然后将所得溶液分别置于A、B试管中．
步骤2：向A试管中滴BaCl2溶液	①若无明显现象，证明固体中不含碳酸钠；②若溶液变浑浊，证明固体中含有碳酸钠．
步骤3：向B试管中滴加AgNO3溶液和稀硝酸	若溶液变浑浊，结合步骤2中的①，则假设一成立；结合步骤2中的②，则假设二成立．

（4）①若假设一成立：己知C中有0.1mol Cl₂参加反应．可推知C中反应的化学方程式为2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
②若假设二成立：请设计最佳实验方案，测定C中NaHCO₃的质量分数$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 装置A中是利用试剂X为浓盐酸滴入二氧化锰固体中加热反应生成氯气、氯化锰、水，生成的氯气中含水蒸气和氯化氢，通过装置B中的饱和食盐水除去氯化氢，通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，其为含氯氧化物，反应为Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依据氧化还原反应电子守恒计算判断氯元素化合价为+1价：可推知C中反应生成的含氯氧化物为Cl₂O；反应的化学方程式为：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．剩余气体不能排放需要用装置E中氢氧化钠溶液吸收，
（1）实验室制备氯气是二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水；
（2）依据装置分析，进入C之前需要吸收氯化氢气体，需要用饱和食盐水吸收；
（3）①在装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体（含氯氧化物）．C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO₃．
假设存在两种成分，为NaHCO₃和NaCl；
假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．
②步骤2中向A试管中滴加适量BaCl₂溶液，是检验产物中是否有Na₂CO₃，回答该小题时要结合最后的结论，a应为证明固体中不含Na₂CO₃，b应为证明固体中含Na₂CO₃，不能颠倒．
步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液变浑浊，证明固体中含有NaCl；
（4）①依据氧化还原反应电子守恒计算判断氯元素化合价写出化合物化学式，依据反应物和生成物配平书写化学方程式；
②假设二：存在三种成分：NaHCO₃和NaCl和Na₂CO₃，测定碳酸氢钠的含量，可以利用固体中碳酸氢钠加热分解，测定反应前后质量变化计算碳酸氢钠的质量得到质量分数．

解答 解：（1）实验室制备氯气，结合装置分析可知是利用二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯气，反应的离子方程式为：4H⁺+2Cl^-+MnO₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案为：4H⁺+2Cl^-+MnO₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）实验制备氯气中含有氯化氢气体，需要用饱和食盐水除去；
故答案为：饱和食盐水；
（3）①在装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体（含氯氧化物）．C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO₃．
假设存在两种成分，为NaHCO₃和NaCl；
假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃，
故答案为：NaCl；NaCl、Na₂CO₃；
②步骤1：取C中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水至固体溶解，然后将所得溶液分别置于A、B试管中，无明显现象，步骤2中向A试管中滴加适量BaCl₂溶液，是检验产物中是否有Na₂CO₃，回答该小题时要结合最后的结论，a应为证明固体中不含Na₂CO₃，b应为证明固体中含Na₂CO₃，不能颠倒．
步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液变浑浊，证明固体中含有NaCl；
故答案为：

实验步骤	预期现象和结论
BaCl2溶液
AgNO3溶液和稀硝酸

（4）①C中有0.1mol Cl₂参加反应．装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，若假设一成立，反应为Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依据氧化还原反应电子守恒计算判断氯元素化合价为+1价：可推知C中反应生成的含氯氧化物为Cl₂O；反应的化学方程式为：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
故答案为：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O；
②假设二：存在三种成分：NaHCO₃和NaCl和Na₂CO₃，测定碳酸氢钠的含量，可以利用固体中碳酸氢钠加热分解，测定反应前后质量变化计算碳酸氢钠的质量得到质量分数，用NaHCO₃的热不稳定性测量：在加热前，称量C的质量为m₁g，用酒精灯加热到恒重时质量为m₂g，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O↑，△m
2×84                                                 62g
m                                                    m₁g-m₂g
m=$\frac{168（{m}_{1-}{m}_{2}）}{62}$g

计算C中NaHCO₃的质量分数=$\frac{\frac{168（{m}_{1}-{m}_{2}）}{62}}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$×100%，

故答案为：$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$×100%，

点评 本题考查了物质性质验证的实验设计，步骤分析判断，现象分析理解，掌握物质性质和实验设计方法是解题关键，题目难度中等．