Question

15．氯氣與堿溶液反應，在低溫和稀堿溶液中主要產物是ClO^-和Cl^-，在75℃以上和濃堿溶液中主要產物是ClO₃^-和Cl^-．研究小組用如下實驗裝置制取氯酸鉀（KClO₃），并測定其純度．

回答下列問題：
（1）檢查裝置氣密性后，添加藥品，待裝置Ⅲ水溫升至75℃開始反應．
①裝置Ⅰ的作用是制備Cl₂，反應的化學方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
②若取消裝置Ⅱ，對本實驗的影響是雜質HCl氣體消耗氫氧化鉀，使KClO₃產率降低．
③實驗結束，拆解裝置Ⅰ前為了防止大量氯氣逸出，可采取的措施是將裝置Ⅳ中的溶液從分液漏斗中注入圓底燒瓶．
④從裝置Ⅲ的試管中分離得到KClO₃粗產品，其中混有的雜質是KClO和KCl．
（2）已知堿性條件下，ClO^-有強氧化性，而ClO₃^-氧化性很弱．設計實驗證明：堿性條件下，H₂O₂能被ClO^-氧化，而不能被ClO₃^-氧化分別取少量NaClO和NaClO₃溶液于試管AB中，均滴加少量NaOH溶液，再分別滴加H₂O₂溶液，A中有氣泡產生并能使帶火星的木條復燃，B中無明顯現(xiàn)象．
（3）為測定產品KClO₃的純度，進行如下實驗：
步驟1：取2.45g樣品溶于水配成250mL溶液．
步驟2：取25.00mL溶液于錐形瓶中，調至pH=10，滴加足量H₂O₂溶液充分振蕩，然后煮沸溶液1～2分鐘，冷卻．
步驟3：加入過量KI溶液，再逐滴加入足量稀硫酸．（ClO₃^-+6I^-+6H⁺=Cl^-+3I₂+3H₂O）
步驟4：加入指示劑，用0.5000mol•L^-1Na₂S₂O₃標準溶液滴定至終點，消耗標準溶液20.00mL．（2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-）
①步驟2的目的是除去ClO^-．寫出煮沸時反應的化學方程式2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
②樣品中KClO₃的質量分數(shù)為83.3%．（KClO₃式量：122.5）

Answer 1

分析 氯氣與堿溶液反應，在低溫和稀堿溶液中主要產物是ClO^-和Cl^-，在75℃以上和濃堿溶液中主要產物是ClO₃^-和Cl^-．利用裝置Ⅰ制備氯氣，通過裝置Ⅱ中的飽和Ⅱ水除去氯氣中雜質氣體HCl，氯氣通入裝置Ⅲ的d裝置中的氫氧化鉀溶液控制溫度75℃以上發(fā)生反應生成氯酸鉀，剩余氯氣通過裝置Ⅳ中的氫氧化鈉溶液吸收過量氯氣，避免污染空氣，
（1）①Ⅰ中是二氧化錳和濃鹽酸加熱反應生成氯氣的發(fā)生裝置；
②裝置Ⅱ是飽和食鹽水用來除去氯氣中的氯化氫氣體，避免影響生成氯酸鉀的產量；
③拆解裝置Ⅰ前為了防止大量氯氣逸出，可以利用裝置Ⅳ中的氫氧化鈉溶液從分液漏斗加入吸收剩余的氯氣；
④在75℃以上氯氣和濃堿溶液中主要產物是ClO₃^-和Cl^-，所以混有雜質為氯化鉀；
（2）已知堿性條件下，ClO^-有強氧化性，而ClO₃^-氧化性很弱，堿性條件下，H₂O₂能被ClO^-氧化，而不能被ClO₃^-氧化，結合生成產物的性質和檢驗設計實驗方案；
①測定產品KClO₃的純度，樣品中含次氯酸鉀，加入過氧化氫會和次氯酸根離子發(fā)生反應，煮沸過程中過氧化氫分解生成水和氧氣；
②ClO₃^-+6I^-+6H⁺=Cl^-+3I₂+3H₂O，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，依據(jù)離子方程式定量關系計算，注意溶液體積的變化．

解答 解：氯氣與堿溶液反應，在低溫和稀堿溶液中主要產物是ClO^-和Cl^-，在75℃以上和濃堿溶液中主要產物是ClO₃^-和Cl^-．利用裝置Ⅰ制備氯氣，通過裝置Ⅱ中的飽和Ⅱ水除去氯氣中雜質氣體HCl，氯氣通入裝置Ⅲ的d裝置中的氫氧化鉀溶液控制溫度75℃以上發(fā)生反應生成氯酸鉀，剩余氯氣通過裝置Ⅳ中的氫氧化鈉溶液吸收過量氯氣，避免污染空氣，
（1）①Ⅰ中是二氧化錳和濃鹽酸加熱反應生成氯氣的發(fā)生裝置，反應的化學方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：Cl₂；MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
②裝置Ⅱ是飽和食鹽水用來除去氯氣中的氯化氫氣體，避免影響生成氯酸鉀的產量，若取消裝置Ⅱ，對本實驗的影響是雜質HCl氣體消耗氫氧化鉀，使KClO₃產率降低，
故答案為；雜質HCl氣體消耗氫氧化鉀，使KClO₃產率降低；
③拆解裝置Ⅰ前為了防止大量氯氣逸出，可以利用裝置Ⅳ中的氫氧化鈉溶液從分液漏斗加入吸收剩余的氯氣，Cl₂+2NaOH=NaCl+NaClO+H₂O，將裝置Ⅳ中的溶液從分液漏斗中注入圓底燒瓶吸收剩余氯氣，
故答案為：將裝置Ⅳ中的溶液從分液漏斗中注入圓底燒瓶；
④在75℃以上氯氣和濃堿溶液中主要產物是ClO₃^-和Cl^-，所以混有雜質為氯化鉀，
故答案為：KCl；
（2）已知堿性條件下，ClO^-有強氧化性，而ClO₃^-氧化性很弱，堿性條件下，H₂O₂能被ClO^-氧化，而不能被ClO₃^-氧化，結合生成產物的性質和檢驗設計實驗方案；
①測定產品KClO₃的純度，樣品中含次氯酸鉀，加入過氧化氫會和次氯酸根離子發(fā)生反應，步驟2的目的是除去ClO^-，煮沸過程中過氧化氫分解生成水和氧氣，反應的化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
故答案為：除去ClO^-；2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
②ClO₃^-+6I^-+6H⁺=Cl^-+3I₂+3H₂O，2S₂O₃^2-+I₂=S₄O₆^2-+2I^-，依據(jù)離子方程式定量關系計算，
ClO₃^-～3I₂～6S₂O₃^2-，
 1           6
 n         0.5000mol•L^-1 ×0.02000L
n=$\frac{0.01}{6}$mol，
250ml溶液中所含KClO₃的物質的量=$\frac{0.01}{6}$mol×$\frac{250}{25}$=$\frac{0.1}{6}$mol，
2.45g樣品中KClO₃的含量=$\frac{\frac{0.1}{6}mol×122.5g/mol}{2.45g}$×100%=83.3%，
故答案為：83.3%．

點評 本題考查了物質組成、物質成分的實驗探究分析，實驗探究、實驗步驟、實驗計算等知識點，主要是氧化還原反應產物的生成和判斷，掌握基礎是解題關鍵，題目難度中等．