Question

4．某興趣小組利用文獻資料設計方案對氯及其化合物進行探究．
I．用高錳酸鉀和濃鹽酸反應制取氯氣
（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（寫出全部微粒的化學式）．
（3）飽和氯水與石灰石的反應是制取較濃HC1O溶液的方法之一．在過量的石灰石中加入飽和氯水充分反應，有少量氣泡產(chǎn)生，溶液淺黃綠色褪去，過濾，得到的濾液其漂白性比飽和氯水更強．
①濾液漂白性增強的原因是氯水中存在平衡Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，CaCO₃與鹽酸反應，平衡正向移動，增大了HClO的濃度，漂白效果增強（用化學平衡移動原理解釋）．
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，寫出Cl₂與Na₂CO₃溶液按物質(zhì)的量之比1：1恰好反應的離子方程式Cl₂+H₂O+CO₃^2-=HCO₃^-+HClO+Cl^-．
Ⅱ．ClO₃^-、Cl^-和H⁺反應的探究
（4）KClO₃、KCl與硫酸可以反應．該小組設計了系列實驗研究反應條件對反應的影響，實驗記錄如表（實驗在室溫下進行）：

燒杯編號	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該系列實驗的目的其他條件相同，氫離子或者硫酸濃度不同對化學反應速率的影響．
②燒杯2加水的體積V₄應為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，同時有大量ClO₂生成；ClO₂沸點為10℃，熔點為-59℃，液體為紅色；Cl₂沸點為-34℃，液態(tài)為黃綠色．設計最簡單的實驗驗證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與鹽酸反應降低了H⁺的濃度，導致Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO平衡正向移動；
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CO₃^2-變?yōu)镠CO₃^-；
Ⅱ．（4）②表中數(shù)據(jù)中影響化學反應速率的因素是反應物的濃度，由于硫酸的體積不同，反應時氫離子的濃度不同，因此反應時氯酸鉀的濃度必須相同；
②溶液的體積相同，通過燒杯4的溶液體積判斷燒杯2加水的體積V₄，其他條件相同時，硫酸濃度越大，化學反應速率越大；
（5）根據(jù)物質(zhì)沸點和顏色差異設計實驗．

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程中涉及Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO、HClO?H⁺+ClO^-，根據(jù)可逆反應不能進行到底，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與鹽酸反應降低了H⁺的濃度，平衡正向移動，導致HClO的濃度增大，漂白效果增強，
故答案為：氯水中存在平衡Cl₂+H₂O?H⁺+Cl^-+HClO，CaCO₃與鹽酸反應，平衡正向移動，增大了HClO的濃度，漂白效果增強；
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)中影響化學反應速率的因素是反應物的濃度，由于硫酸的體積不同，反應時氫離子的濃度不同，因此反應時氯酸鉀的濃度必須相同，即V₁mL=V₂mL=V₃mL=1mL，因此該系列實驗的目的是其他條件相同，氫離子或者硫酸濃度不同對化學反應速率的影響，
故答案為：其他條件相同，氫離子或者硫酸濃度不同對化學反應速率的影響；
②四組實驗中溶液的體積相同，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，反應時氫離子濃度最大，化學反應速率最快，現(xiàn)象比3號燒杯中更為明顯，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沸點為10℃，熔點為-59℃，液體為紅色，Cl₂沸點為-34℃，液態(tài)為黃綠色，為驗證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．

點評 本題考查氯氣的實驗室制法及有關性質(zhì)，涉及化學平衡移動原理的應用和外界條件對化學反應速率影響的探究的方法，綜合性較強，題目難度中等，其中化學平衡常數(shù)的應用為該題易錯點．