题目内容

15.某化学兴趣小组为探究Cl2、Br2、Fe3+的氧化性强弱,设计了如下实验:

(1)检查气体发生装置A的气密性的操作是关闭止水夹b,打开活塞a,向分液漏斗中注水,若水不能顺利流下,则气密性良好.
(2)实验过程如下:
实验操作实验现象结论
打开活塞a,向圆底烧瓶中滴入适量浓盐酸;然后关闭活塞a,点燃酒精灯D装置中:溶液变红色;E装置中:水层溶液变黄色,振荡后CCl4层无明显变化Cl2、Br2、Fe3+氧化性由强到弱的顺序为Cl2>Br2>Fe3+
(3)因忙于观察和记录,没有及时停止反应,D装置中又有新的变化:红色慢慢褪去.
①为了探究溶液“红色慢慢褪去”的原因,进行如下实验.
取D中溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液中一定存在Fe3+.取D中溶液于试管中,加入过量的KSCN溶液,最终得到红色溶液.实验证明“红色慢慢褪去”的原因是过量氯气和SCN-反应2SCN-+Cl2=2Cl-+(SCN)2,使SCN-浓度减小,则使Fe3++3SCN-?Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动而褪色.
②猜测SCN-可能被Cl2氧化了,又进行了如下研究.
资料显示:
SCN-的电子式为,认为SCN-中碳元素没有被氧化,理由是SCN-中碳元素是最高价态+4价.取D中溶液于试管中,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀,由此证明SCN-中被氧化的元素是硫元素.通过实验证明了SCN-中氮元素转化为NO3-,若SCN-与Cl2反应生成1mol CO2,则转移电子的物质的量是16mol.
(4)整套实验装置存在一处明显不足,请在下面的方框内画出相应的改进装置.

分析 (1)装置A制备氯气,装置连接后应检验装置的气密性,可以利用分液漏斗中的液体是否流下分析判断装置气密性;
(2)自发进行的同一氧化还原反应中,氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性;
(3)①取D中溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成,则溶液中一定存在铁离子,过量氯气和SCN-反应SCN-浓度减小,根据铁离子和硫氰根离子反应平衡原理分析;
②因氧与硫的最外层电子数相同,根据题目信息,确定SCN-中各原子的连接顺序为S-C-N,S与C形成一对共用电子对,C与N形成三对共用电子对,SCN-得到的一个电子给了S,认为SCN-中碳元素没有被氧化,是离子中碳元素化合价处于最高化合价+4价,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明白色沉淀为硫酸钡,即溶液中有硫酸根离子,其中硫显+6价,而原来SCN-中硫显-2价,所以被氧化的元素为硫元素,SCN-与Cl2反应生成硫酸根和硝酸根还有二氧化碳,所以它们反应的化学方程式为:SCN-+8Cl2+9H2O=NO3-+SO42-+CO2+Cl-+18H+,此反应中电子转移数目为16,即由方程式计算得到电子转移;
(4)氯气有毒不能直接排空,要用碱液吸收尾气.

解答 解:(1)装置A制备氯气,装置连接后应检验装置的气密性,方法是关闭止水夹b,打开活塞a,向分液漏斗中注水,若水不能顺利流下,则气密性良好,
故答案为:关闭止水夹b,打开活塞a
(2)D装置中:溶液变红,说明有铁离子生成,据此得出氯气的氧化性大于铁离子;
E装置中:水层溶液变黄,振荡后CCl4层无明显变化,说明氯气和溴离子不反应,
根据D和E装置知,溴的氧化性大于铁离子,则氧化性强弱顺序是 Cl2>Br2>Fe3+,
故答案为:Cl2>Br2>Fe3+;
(3)①取D中溶液于试管中,加入NaOH溶液,有红褐色沉淀生成为Fe(OH)3沉淀,则溶液中一定存在Fe3+,实验证明“红色慢慢褪去”,是过量氯气和SCN-反应2SCN-+Cl2=2Cl-+(SCN)2,使SCN-浓度减小,则使Fe3++3SCN-?Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动而褪色,
故答案为:Fe3+;过量氯气和SCN-反应2SCN-+Cl2=2Cl-+(SCN)2,使SCN-浓度减小,则使Fe3++3SCN-?Fe(SCN)3平衡向逆反应方向移动而褪色;
②因氧与硫的最外层电子数相同,根据题目信息,确定SCN-中各原子的连接顺序为S-C-N,S与C形成一对共用电子对,C与N形成三对共用电子对,SCN-得到的一个电子给了S,故SCN-的电子式,认为SCN-中碳元素没有被氧化,是离子中碳元素化合价处于最高化合价+4价,加入用盐酸酸化的BaCl2溶液,产生白色沉淀,说明白色沉淀为硫酸钡,即溶液中有硫酸根离子,其中硫显+6价,而原来SCN-中硫显-2价,所以被氧化的元素为硫元素,SCN-与Cl2反应生成硫酸根和硝酸根还有二氧化碳,所以它们反应的化学方程式为:SCN-+8Cl2+9H2O=NO3-+SO42-+CO2+Cl-+18H+,此反应中电子转移数目为16,即由方程式可知每生成1mol二氧化碳要转移16mol电子,
故答案为:;SCN-中碳元素是最高价态+4价;硫元素;16;
(4)由于氯气有毒,直接排放到空气中会污染大气,要用碱液吸收尾气,实验装置缺少尾气处理装置,改进措施如图:,
故答案为:.

点评 本题考查了性质实验方案设计,明确反应原理是解本题关键,结合资料分析解答,会根据离子反应方程式判断氧化性强弱,会根据实验现象确定发生的反应,难度中等.

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