Question

4．某興趣小組利用文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)方案對(duì)氯及其化合物進(jìn)行探究．
I．用高錳酸鉀和濃鹽酸反應(yīng)制取氯氣
（1）該小組利用如圖裝置及試劑制備并收集適量Cl₂，裝置B中收集的氣體中所含的雜質(zhì)有HCl、H₂O（g），D的作用是吸收C中逸出的Cl₂．
（2）制得的氯氣中加入適量水，得到飽和氯水，
飽和氯水中含氯元素的微粒有Cl^-、Cl₂、ClO^-、HClO（寫(xiě)出全部微粒的化學(xué)式）．
（3）飽和氯水與石灰石的反應(yīng)是制取較濃HC1O溶液的方法之一．在過(guò)量的石灰石中加入飽和氯水充分反應(yīng)，有少量氣泡產(chǎn)生，溶液淺黃綠色褪去，過(guò)濾，得到的濾液其漂白性比飽和氯水更強(qiáng)．
①濾液漂白性增強(qiáng)的原因是氯水中存在平衡Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，CaCO₃與鹽酸反應(yīng)，平衡正向移動(dòng)，增大了HClO的濃度，漂白效果增強(qiáng)（用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋?zhuān)��?br />②已知H₂CO₃的第二電離常數(shù)K₂=5.6×10^-11，HClO的電離常數(shù)K=3.0×10^-8，寫(xiě)出Cl₂與Na₂CO₃溶液按物質(zhì)的量之比1：1恰好反應(yīng)的離子方程式Cl₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HClO+Cl^-．
Ⅱ．ClO₃^-、Cl^-和H⁺反應(yīng)的探究
（4）KClO₃、KCl與硫酸可以反應(yīng)．該小組設(shè)計(jì)了系列實(shí)驗(yàn)研究反應(yīng)條件對(duì)反應(yīng)的影響，實(shí)驗(yàn)記錄如表（實(shí)驗(yàn)在室溫下進(jìn)行）：

燒杯編號(hào)	1	2	3	4
氯酸鉀飽和溶液	1mL	V1mL	V2mL	V3mL
氯化鉀固體	1g	1g	1g	1g
水	8mL	V4mL	3mL	0mL
硫酸（6mol/L）	V5mL	2mL	V6mL	8mL
現(xiàn)象	無(wú)現(xiàn)象	溶液呈淺黃色	溶液呈黃綠色，生成淺黃綠色氣體

①該系列實(shí)驗(yàn)的目的其他條件相同，氫離子或者硫酸濃度不同對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響．
②燒杯2加水的體積V₄應(yīng)為6 mL，燒杯4中的現(xiàn)象溶液呈黃綠色，生成黃綠色氣體．
（5）該小組同學(xué)查資料得知：將氯酸鉀固體和濃鹽酸混合也能生成氯氣，同時(shí)有大量ClO₂生成；ClO₂沸點(diǎn)為10℃，熔點(diǎn)為-59℃，液體為紅色；Cl₂沸點(diǎn)為-34℃，液態(tài)為黃綠色．設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證Cl₂中含有ClO₂收集一試管氣體，蓋上膠塞，放入冰水混合物中，觀察液體（或氣體）顏色變化．

Answer 1

分析 I．（1）鹽酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的氯氣中混有HCl和水蒸氣，氯氣有毒，需要做尾氣處理；
（2）根據(jù)Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO、HClO?H⁺+ClO^-分析；
（3）①CaCO₃與鹽酸反應(yīng)降低了H⁺的濃度，導(dǎo)致Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO平衡正向移動(dòng)；
②由電離常數(shù)可知HClO的酸性大于HCO₃^-，所以Cl₂與Na₂CO₃溶液按物質(zhì)的量之比1：1時(shí)CO₃^2-變?yōu)镠CO₃^-；
Ⅱ．（4）②表中數(shù)據(jù)中影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素是反應(yīng)物的濃度，由于硫酸的體積不同，反應(yīng)時(shí)氫離子的濃度不同，因此反應(yīng)時(shí)氯酸鉀的濃度必須相同；
②溶液的體積相同，通過(guò)燒杯4的溶液體積判斷燒杯2加水的體積V₄，其他條件相同時(shí)，硫酸濃度越大，化學(xué)反應(yīng)速率越大；
（5）根據(jù)物質(zhì)沸點(diǎn)和顏色差異設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)．

解答 解：I．（1）2KMnO₄+16HCl（濃）═2KCl+2MnCl₂+5Cl₂↑+8H₂O，鹽酸易揮發(fā)，產(chǎn)生的氯氣中HCl、H₂O（g），Cl₂有毒，能被濃NaOH溶液吸收，裝置D可以吸收C中逸出的Cl₂，
故答案為：HCl、H₂O（g）；吸收C中逸出的Cl₂；
（2）氯氣溶于水形成飽和氯水過(guò)程中涉及Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO、HClO?H⁺+ClO^-，根據(jù)可逆反應(yīng)不能進(jìn)行到底，所以飽和氯水中含氯元素的微粒有Cl^-、Cl₂、ClO^-、HClO，
故答案為：Cl^-、Cl₂、ClO^-、HClO；
（3）①氯水中存在平衡Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，CaCO₃與鹽酸反應(yīng)降低了H⁺的濃度，平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致HClO的濃度增大，漂白效果增強(qiáng)，
故答案為：氯水中存在平衡Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，CaCO₃與鹽酸反應(yīng)，平衡正向移動(dòng)，增大了HClO的濃度，漂白效果增強(qiáng)；
②已知H₂CO₃的第二電離常數(shù)K₂=5.6×10^-11，HClO的電離常數(shù)K=3.0×10^-8，說(shuō)明HClO的酸性大于HCO₃^-，所以Cl₂與Na₂CO₃溶液按物質(zhì)的量之比1：1時(shí)CO₃^2-變?yōu)镠CO₃^-，離子方程式為Cl₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HClO+Cl^-，
故答案為：Cl₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HClO+Cl^-；
Ⅱ．（4）①表中數(shù)據(jù)中影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素是反應(yīng)物的濃度，由于硫酸的體積不同，反應(yīng)時(shí)氫離子的濃度不同，因此反應(yīng)時(shí)氯酸鉀的濃度必須相同，即V₁mL=V₂mL=V₃mL=1mL，因此該系列實(shí)驗(yàn)的目的是其他條件相同，氫離子或者硫酸濃度不同對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，
故答案為：其他條件相同，氫離子或者硫酸濃度不同對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響；
②四組實(shí)驗(yàn)中溶液的體積相同，燒杯4的溶液體積為1mL+8mL=9mL，所以V₁mL+V₄mL+2mL=9mL，V_4⁼6ml，
燒杯4中加入6mol/L硫酸溶液體積最大，反應(yīng)時(shí)氫離子濃度最大，化學(xué)反應(yīng)速率最快，現(xiàn)象比3號(hào)燒杯中更為明顯，所以現(xiàn)象為溶液呈黃綠色，生成黃綠色氣體，
故答案為：6；溶液呈黃綠色，生成黃綠色氣體；
（5）根據(jù)ClO₂沸點(diǎn)為10℃，熔點(diǎn)為-59℃，液體為紅色，Cl₂沸點(diǎn)為-34℃，液態(tài)為黃綠色，為驗(yàn)證Cl₂中含有ClO₂，收集一試管氣體，蓋上膠塞，放入冰水混合物中，觀察液體（或氣體）顏色變化，若出現(xiàn)紅色，則說(shuō)明Cl₂中含有ClO₂，
故答案為：收集一試管氣體，蓋上膠塞，放入冰水混合物中，觀察液體（或氣體）顏色變化．

點(diǎn)評(píng) 本題考查氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法及有關(guān)性質(zhì)，涉及化學(xué)平衡移動(dòng)原理的應(yīng)用和外界條件對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率影響的探究的方法，綜合性較強(qiáng)，題目難度中等，其中化學(xué)平衡常數(shù)的應(yīng)用為該題易錯(cuò)點(diǎn)．