Question

16．实验室可用MnO₂和KClO₃混合加热的方法制取氧气：2KClO₃$\frac{\underline{MnO_2}}{△}$3O₂↑+2KCl
I．现有如图1仪器或装置：

（1）A-D装置中，用作KClO₃为原料制氧气的反应装置是A（填序号）．
（2）排水法收集氧气，接口顺序是：氧气出口→f→e→g→h→烧杯（填序号）．
Ⅱ．KClO₃分解时尚有副反应，导致收集到的气体有异味．据推测，副产物可能是O₃、Cl₂、ClO₂中的一种或几种．资料表明：O₃、Cl₂、ClO₂的沸点依次为-111℃、-34℃和11℃，且O₃、ClO₂也能将KI氧化为I₂．为探究副反应气体产物的成分，将KClO₃分解产生的气体经干燥后通入如图2装置进行实验：
（3）若要确认副产物中含Cl₂，F中应盛放AgNO₃溶液溶液．
（4）确定副产物中含有ClO₂的现象是C装置试管中有液体生成．
（5）实验时若D中无现象，E中试纸变蓝，能否得出副产物含有O₃的结论？
答：不能 （填“能”或“不能”）．理由是Cl₂也可以氧化KI产生I₂．
Ⅲ．ClO₂是饮用水消毒剂．用ClO₂处理过的饮用水（pH为5.5～6.5）除含有ClO₂外，常含有一定量对人体不利的ClO₂^-．为测定此饮用水中两者成分，进行如下实验：准确量取v mL水样加入到锥形瓶中，调节水样pH=8，加人足量KI晶体，发生如下反应：2ClO₂+2I^-═I₂₊2ClO₂^-，反应结束后产生amol I₂；继续调节溶液pH=1，又发生如下反应：ClO₂^-+4H⁺═2I₂+Cl^-+2H₂O，反应结束后叉产生b mol I₂．
（6）饮用水中c（ClO₂^-）=$\frac{1000（0.5b-2a）}{V}$mol•L^- 1（用含字母的代数式表示）．

Answer 1

分析 Ⅰ．实验室可用MnO₂和KClO₃混合加热的方法制取氧气：2KClO₃$\frac{\underline{\;MnO_{2}\;}}{△}$3O₂↑+2KCl，反应是固体+固体$\stackrel{△}{→}$气体，选择在大试管中加热反应，选择装置A，氧气是不溶于水的比空气重的气体，收集气体排水法收集氧气的操作，仪器连接为a-f-e-g-h通过广口瓶中排水收集气体，
（1）依据反应物状态和反应条件选择气体发生装置，反应是固体+固体$\stackrel{△}{→}$气体，选择大试管加热生成；
（2）氧气是难溶于水的比空气重的气体，用排水法收集导气管短进长出；
Ⅱ．KClO₃分解时尚有副反应，导致收集到的气体有异味．据推测，副产物可能是O₃、Cl₂、ClO₂中的一种或几种．资料表明：O₃、Cl₂、ClO₂的沸点依次为-111℃、-34℃和11℃，且O₃、ClO₂也能将KI氧化为I₂．为探究副反应气体产物的成分，将KClO₃分解产生的气体经干燥后通入如图2装置进行实验，通过冰水混合气体，ClO₂的沸点高0°C冷凝下来，通过装置D中干燥的KI-淀粉试纸无现象，通过装置E中湿润的KI-淀粉试纸，变蓝色，若要确认副产物中含Cl₂，F中应盛放硝酸银溶液，最后剩余气体不能排放到空气中需要通入氢氧化钠溶液中吸收，
（3）确认副产物中含Cl₂，利用氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，加入硝酸银溶液生成白色沉淀证明含有氯气；
（4）ClO₂的沸点11℃，冷却变化为液态，确定副产物中含有ClO₂的现象是装置C中有液体生成；
（5）实验时若D中无现象，E中试纸变蓝，说明气体中含有氧化性的气体，O₃、氯气都具有强氧化性；
Ⅲ．（6）依据化学方程式计算ClO₂反应生成ClO₂^-，原水样中的ClO₂^-和ClO₂反应生成ClO₂^-，调节PH和碘离子反应，依据反应ClO₂^-+4H⁺+4I^-═2I₂+Cl^-+2H₂O，反应结束后产生b mol I₂．计算得到ClO₂^-，物质的量共为0.5bmol，减去第一个反应生成的ClO₂^-，得到原水样中含有的ClO₂^-，得到饮用水中ClO₂^-的浓度；

解答 解：Ⅰ．（1）用作KClO₃为原料制氧气，选择固体加热装置，上述装置只有A符合，B为固体与液体反应，C没有加热，D中试管口没向下倾斜，故答案为：A；
（2）排水法收集氧气，则选择装满水的试剂瓶和导管、烧杯等，进入盛满水的试剂瓶应短进长出，则仪器连接顺序为氧气出口→f→e→g→h→烧杯，
故答案为：f；e．
Ⅱ．（3）利用氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，加入硝酸银溶液生成白色沉淀证明含有氯气，若要确认副产物中含Cl₂，F中应盛放硝酸银溶液；
故答案为：AgNO₃溶液；
（4）ClO₂的沸点11℃，冷却会变化为液态，所以确定副产物中含有ClO₂的现象是C装置试管中有液体生成；
故答案为：C装置试管中有液体生成；
（5）实验时若D中无现象，E中试纸变蓝，说明气体中含有氧化性的气体，O₃、氯气都具有强氧化性，所以上述现象不能说明副产物含有O₃的结论，氯气也可以银行碘化钾生成碘单质；
故答案为：不能，Cl₂也可以氧化KI产生I₂；
Ⅲ．（6）准确量取v mL水样加入到锥形瓶中，调节水样pH=8，加人足量KI晶体，发生如下反应：2ClO₂+2I^-═I₂+2ClO₂^-，反应结束后产生amol I₂；继续调节溶液pH=1，又发生如下反应：ClO₂^-+4H⁺+4I^-═2I₂+Cl^-+2H₂O，反应结束后叉产生b mol I₂；原水样中的ClO₂^-和ClO₂反应生成ClO₂^-，调节PH后，ClO₂^-和碘离子反应，依据反应ClO₂^-+4H⁺+4I^-═2I₂+Cl^-+2H₂O，反应结束后产生b mol I₂．计算得到ClO₂^-，物质的量共为0.5bmol，减去第一个反应生成的ClO₂^-物质的量，依据化学方程式2ClO₂+2I^-═I₂+2ClO₂^-，计算得到为2amol，得到原水样中含有的ClO₂^-物质的量=（0.5b-2a）mol，得到饮用水中ClO₂^-的浓度=$\frac{（0.5b-2a）mol}{V×1{0}^{-3}L}$=$\frac{1000（0.5b-2a）}{V}$mol/L；
故答案为：$\frac{1000（0.5b-2a）}{V}$；

点评 本题考查了气体制备实验过程和装置分析判断，反应过程中的现象和题干信息利用是解题关键，题目难度中等．