Question

化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于理解化學(xué)知識(shí)，形成化學(xué)觀念，提高探究與創(chuàng)新能力，提升科學(xué)素養(yǎng)。
（1）在實(shí)驗(yàn)室中用濃鹽酸與MnO₂共熱制取Cl₂并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)。
①下列收集Cl₂的正確裝置是     。

②將Cl₂通入水中，所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是                。
③設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較Cl₂和Br₂的氧化性，操作與現(xiàn)象是：取少量新制氯水和CCl₄于試管中，                                                                      。
（2）能量之間可以相互轉(zhuǎn)化：電解食鹽水制備Cl₂是將電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而原電池可將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。設(shè)計(jì)兩種類型的原電池，探究其能量轉(zhuǎn)化效率。
限選材料：ZnSO₄(aq)，F(xiàn)eSO₄₍aq)，CuSO₄₍aq)；銅片，鐵片，鋅片和導(dǎo)線。
①完成原電池甲的裝置示意圖（見圖15），并作相應(yīng)標(biāo)注。
要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。

②銅片為電極之一，CuSO₄₍aq)為電解質(zhì)溶液，只在一個(gè)燒杯中組裝原電池乙，工作一段時(shí)間后，可觀察到負(fù)極                           。
③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的是      ，其原因是      。
（3）根據(jù)犧牲陽極的陰極保護(hù)法原理，為減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕，在（2）的材料中應(yīng)選          作陽極。

Answer 1

（1）①C（2分）  
②Cl₂、HClO、ClO^－（3分）
③加入足量或適量NaBr溶液，振蕩、靜置，溶液分層，下層液體為橙色，說明氧化性：Cl₂> Br₂（3分，其他合理說法也給分）
（2）①（3分，下列三種圖像或其他合理畫法均給分）

②表面變黑，失去金屬光澤，被腐蝕或被氧化（1分，其他合理答案也給分）
③原電池甲或甲（1分）  有鹽橋存在時(shí)，負(fù)極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）沒有直接接觸，兩者不會(huì)直接發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)能不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能（或無鹽橋時(shí)，負(fù)極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）直接接觸，兩者能直接發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)能部分轉(zhuǎn)化為電能，部分轉(zhuǎn)化為熱能，3分，其他合理解釋也可得分）
（3）鋅片（或Zn）（1分）

解析（1）①集氣瓶中使用單孔橡膠塞緊，只能進(jìn)氣，不能排氣，則瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)增大到一定程度，可能爆炸等，A項(xiàng)錯(cuò)誤；倒立的集氣瓶中有雙孔橡膠塞，由于氯氣的密度比空氣大，氯氣從長(zhǎng)導(dǎo)管中進(jìn)，不會(huì)排出瓶?jī)?nèi)上部的空氣，而是直接沉底，從短導(dǎo)氣管中逸出，因此不能排出空氣收集氯氣，B項(xiàng)錯(cuò)誤；正立的集氣瓶中有雙孔橡膠塞，由于氯氣的密度比空氣大，氯氣從長(zhǎng)導(dǎo)管中進(jìn)，先沉底并將底部空氣排出，短導(dǎo)氣管排出的氣體通過倒扣漏斗、NaOH溶液吸收處理，既防止倒吸又防止污染空氣，C項(xiàng)正確；氯氣與NaOH溶液能反應(yīng)，即Cl₂+2NaOH=NaClO+NaCl+H₂O，因此不能用排NaOH溶液的方法收集氯氣，D項(xiàng)錯(cuò)誤；②氯氣與水發(fā)生可逆反應(yīng)，生成鹽酸和次氯酸，即Cl₂+H₂OH⁺+Cl^－+HClO，所得氯水中含有三種分子四種離子，即H₂O、Cl₂、H⁺、Cl^－、HClO、ClO^－、OH^－，其中具有強(qiáng)氧化性的含氯粒子是Cl₂、HClO、ClO^－；③Cl₂、Br₂都是鹵素單質(zhì)，都是非金屬單質(zhì)，比較非金屬單質(zhì)氧化性強(qiáng)弱時(shí)，通過氯氣與溴化鈉溶液能否發(fā)生在置換反應(yīng)、反應(yīng)后四氯化碳層是否是橙色，可以判斷氯氣和溴單質(zhì)的氧化性強(qiáng)弱，即設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案為：取少量新制氯水和CCl₄于試管中，滴入足量或適量NaBr（或KBr、HBr）溶液，振蕩、靜置，溶液分層，下層液體是橙色，說明氯氣與溴化鈉（或KBr、HBr）溶液發(fā)生置換反應(yīng)或Cl₂+2NaBr=2NaCl+Br₂（或Cl₂+2KBr=2KCl+Br₂、Cl₂+2HBr=2HCl+Br₂），四氯化碳將生成的溴從水層萃取到下層，下層呈橙色，氯元素由0價(jià)將為—1價(jià)，溴元素由—1價(jià)降為0價(jià)，則Cl₂是氧化劑，Br₂是氧化產(chǎn)物，由于氧化劑的氧化性比氧化產(chǎn)物強(qiáng)，則氧化性：Cl₂> Br₂；
（2）①根據(jù)題給條件和原電池的構(gòu)成條件可得，帶鹽橋的原電池甲可以設(shè)計(jì)鋅銅原電池（或鐵銅原電池、鋅鐵原電池），由于外電路中電子從左移向右，說明左邊燒杯中電極的金屬活動(dòng)性較強(qiáng)，則左、右兩邊燒杯中電極材料及電解質(zhì)溶液可以為鋅片和硫酸鋅溶液、銅片和硫酸銅溶液（或者鐵片和硫酸亞鐵、銅片和硫酸銅溶液，鋅片和硫酸鋅溶液、鐵片和硫酸亞鐵溶液）；②由于金屬活動(dòng)性：Zn>Fe>Cu，則原電池乙中銅片作正極，鋅片或鐵片作負(fù)極，工作一段時(shí)間后，負(fù)極金屬鋅或鐵本身被腐蝕或被氧化，表面變黑，失去金屬光澤，質(zhì)量減輕，溶液中藍(lán)色變淺；③甲、乙兩種原電池都能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，其中帶有鹽橋的原電池甲中的負(fù)極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）沒有直接接觸，二者不會(huì)直接發(fā)生置換反應(yīng)，化學(xué)能不會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，幾乎全部轉(zhuǎn)化為電能；而原電池乙中的負(fù)極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）直接接觸，兩者會(huì)直接發(fā)生置換反應(yīng)，部分化學(xué)能會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能，化學(xué)能不可能全部轉(zhuǎn)化為電能【或無鹽橋時(shí)，負(fù)極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）直接接觸，兩者能直接發(fā)生置換反應(yīng)而放熱，化學(xué)能部分變?yōu)殡娔�，部分變�(yōu)闊崮堋浚?br />（3）由犧牲陽極的陰極保護(hù)法可得，鐵片作正極（陰極）時(shí)被保護(hù)，而鐵作負(fù)極（陽極）時(shí)被腐蝕，為了減緩電解質(zhì)溶液中鐵片的腐蝕，在（2）的材料中應(yīng)選擇比鐵活潑的鋅片作負(fù)極（陽極），使鐵片作正極（陰極），從而犧牲鋅片保護(hù)鐵片；不能選擇銅片，因?yàn)殂~作正極（陰極），而鐵片作負(fù)極（陽極），此時(shí)鐵片的腐蝕速率加快，而不是延緩。
【考點(diǎn)定位】本題以元素化合物性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)知識(shí)為載體，考查考生對(duì)常見元素的單質(zhì)和重要化合物的主要性質(zhì)的掌握程度；考查考生氣體收集方法、尾氣處理裝置的掌握情況；考查考生基本的實(shí)驗(yàn)操作技能和初步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力以及分析、解決問題的能力；考查考生的創(chuàng)新能力和思維方法；考查考生對(duì)原電池構(gòu)成條件和工作原理的理解程度，以及用圖形正確表達(dá)分析結(jié)果的能力；考查考生對(duì)原電池負(fù)極反應(yīng)現(xiàn)象的觀察能力及其實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的表達(dá)能力；考查考生對(duì)有無鹽橋?qū)υ�電池中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能效率的評(píng)價(jià)及分析能力；考查考生對(duì)金屬電化學(xué)防護(hù)的的理解；考查考生對(duì)元素化合物知識(shí)的綜合應(yīng)用能力；