Question

2．某化学学习小组设计如图1实验装置（夹持装置略去）制备氯气并探究氯气的相关性质．D装置为分液漏斗形状，低进高出．

       图1
（1）若A装置中固体药品为MnO₂，写出其离子反应方程式MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+C1₂↑+2H₂O；若A装置中固体药品为KC1O₃，则反应中每生成1mol Cl₂时转移电子数目为1.67N_A或5N_A/3．
（2）装置B的作用是除去HCl气体和贮存少量C1₂，若C处发生了堵塞，则B中的现象长颈漏斗内的液面上升，瓶内液面下降．
（3）装置C的作用是验证氯气是否具有漂白性，I处是湿润的有色布条，则II、III处应加入的物质分别是无水CaC1₂和干燥的红布条．
（4）设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性，但是有同学认为该设计不够严密，他的理由可能是可能会有C1₂溶于水中，请用化学方程式说明装置F的作用C1₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O．
（5）甲同学提出，装置F中的试剂可改用足量的Na₂SO₃溶液，乙同学认真思考后认为此方法有可行性，但存在有一定的危险．请用离子方程式解释Na₂SO₃溶液吸收C1₂和存在一定危险的原因C1₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺；2H⁺+SO₃^2-=H₂O+SO₂↑．
（6）向NaOH溶液中通入一定量的Cl₂单质，两者恰好完全反应，生成物中有三种含有Cl元素的离子，其中两种离子ClO^-和ClO₃^-的物质的量与反应时间的曲线如图2所示．请写出t₂时刻反应的总化学反应方程式
5C1₂+l0NaOH=7NaCl+2NaClO+NaC1O₃+5H₂O．
               图2．

Answer 1

分析 在加热条件下，浓盐酸和二氧化锰在A中反应生成氯气，浓盐酸具有挥发性，导致生成的氯气中含有HCl，用饱和食盐水除去氯气中HCl，氯气没有漂白性但次氯酸没有漂白性，氯气和溴化钠反应生成溴，溴能和KI反应生成碘单质，氯气有毒不能排空，应该用NaOH溶液处理尾气；
（1）加热条件下，浓盐酸和二氧化锰反应生成氯气；和盐酸反应的化学方程式为：KClO₃+6HCl=KCl+3Cl₂↑+3H₂O，根据氯气和转移电子之间关系式计算；
（2）饱和食盐水能抑制氯气溶解且能溶解氯化氢，该装置还能贮存少量氯气；
C装置发生堵塞会导致B中压强增大；
（3）要验证氯气没有漂白性，应该用干燥剂干燥氯气然后用干燥的红色布条检验；
（4）氯气也能氧化碘离子生成碘；有毒的氯气和氢氧化钠反应生成无毒物质；
（5）氯气和亚硫酸钠反应生成盐酸和硫酸钠，但盐酸能和亚硫酸钠反应生成二氧化硫；
（6）根据图知，t₂时刻n（ClO₃^-）=0.1mol、n（ClO^-）=0.2mol，根据转移电子守恒得n（Cl^-）=$\frac{0.1×5+0.2×1}{1}$=0.7mol，根据Cl原子守恒得n（C1₂）=$\frac{1}{2}$[n（ClO₃^-）+n（ClO^-）+n（Cl^-）]=1mol，则C1₂、NaCl、NaClO、NaC1O₃的物质的量之比为5：7：2：1，再结合原子守恒配平方程式．

解答 解：在加热条件下，浓盐酸和二氧化锰在A中反应生成氯气，浓盐酸具有挥发性，导致生成的氯气中含有HCl，用饱和食盐水除去氯气中HCl，氯气没有漂白性但次氯酸没有漂白性，氯气和溴化钠反应生成溴，溴能和KI反应生成碘单质，氯气有毒不能排空，应该用NaOH溶液处理尾气；
（1）加热条件下，浓盐酸和二氧化锰反应生成氯气，离子方程式为MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+C1₂↑+2H₂O；和盐酸反应的化学方程式为：KClO₃+6HCl=KCl+3Cl₂↑+3H₂O，反应生成3molCl₂，转移电子5mol，则反应中每生成1mol Cl₂时转移电子个数为1.67N_A或5N_A/3，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+C1₂↑+2H₂O；1.67N_A或5N_A/3；
（2）饱和食盐水能抑制氯气溶解且能溶解氯化氢，该装置还能贮存少量氯气，所以B装置作用是除去HCl气体、贮存少量C1₂；
C装置发生堵塞会导致B中压强增大，长颈漏斗内的液面上升，瓶内液面下降，
故答案为：除去HCl气体；贮存少量C1₂；长颈漏斗内的液面上升，瓶内液面下降；
（3）要验证氯气没有漂白性，应该用干燥剂干燥氯气然后用干燥的红色布条检验，则II、III处加入的物质为无水CaC1₂和干燥的红布条，故答案为：无水CaC1₂；干燥的红布条；
（4）将氯气通入溴化钠溶液中，导致溶液中可能含有氯气，
氯气也能氧化碘离子生成碘，导致干扰实验；有毒的氯气和氢氧化钠反应生成无毒物质，反应方程式为C1₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，
故答案为：可能会有C1₂溶于水中；C1₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O；
（5）氯气和亚硫酸钠反应生成盐酸和硫酸钠，但盐酸能和亚硫酸钠反应生成二氧化硫，离子方程式为C1₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺、2H⁺+SO₃^2-=H₂O+SO₂↑，
故答案为：C1₂+SO₃^2-+H₂O=2Cl^-+SO₄^2-+2H⁺；2H⁺+SO₃^2-=H₂O+SO₂↑；
（6）根据图知，t₂时刻n（ClO₃^-）=0.1mol、n（ClO^-）=0.2mol，根据转移电子守恒得n（Cl^-）=$\frac{0.1×5+0.2×1}{1}$=0.7mol，根据Cl原子守恒得n（C1₂）=$\frac{1}{2}$[n（ClO₃^-）+n（ClO^-）+n（Cl^-）]=1mol，则C1₂、NaCl、NaClO、NaC1O₃的物质的量之比为5：7：2：1，再结合原子守恒配平方程式为5C1₂+l0NaOH=7NaCl+2NaClO+NaC1O₃+5H₂O，
故答案为：5C1₂+l0NaOH=7NaCl+2NaClO+NaC1O₃+5H₂O．

点评 本题考查性质实验方案设计，为高频考点，涉及气体制备、除杂、干燥、尾气处理及氧化还原反应，明确实验原理、实验操作是解本题关键，难点是（6）题有关计算，题目难度中等．