Question

I．現(xiàn)有某鐵碳合金，某化學(xué)興趣小組為了測定鐵碳合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)，并探究濃硫酸的某些性質(zhì)，設(shè)計了下圖所示的實驗裝置和實驗方案（夾持儀器已省略）．

點燃酒精燈一段時間后，A、B中可觀察到明顯的現(xiàn)象：
（1）寫出A中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式

 

（寫濃硫酸只做氧化劑的）．
（2）B中的現(xiàn)象是

 

，由此可得到濃硫酸具有

 

性；C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是

 

．
（3）D中盛放的試劑是

 

．
II．某課外活動小組的同學(xué)，在實驗室研究用過量的鋅與濃硫酸反應(yīng)制取二氧化硫的有關(guān)問題．
（1）這樣制取的二氧化硫氣體中可能含有的雜質(zhì)是

 

．
（2）某同學(xué)用下列裝置連接成一整套實驗裝置以驗證（1）的判斷是否正確，若按氣體從左到右流向時，氣體流經(jīng)的各裝置導(dǎo)管的編號依次是

 

（用a、b…填寫）．

III．某學(xué)生設(shè)計如下實驗裝置利用氯氣與潮濕的消石灰反應(yīng)制取少量漂白粉（這是一個放熱反應(yīng)），據(jù)此回答下列問題：

（1）A儀器的名稱是

 

，D的作用

 

．
（2）漂白粉將在U型管中產(chǎn)生，其化學(xué)反應(yīng)方程式是

 

．
（3）此實驗結(jié)果所得Ca（ClO）₂產(chǎn)率太低．經(jīng)分析并查閱資料發(fā)現(xiàn)主要原因是在U型管中存在兩個副反應(yīng)：
①溫度較高時氯氣與消石灰反應(yīng)生成了Ca（ClO₃）₂，為避免此副反應(yīng)的發(fā)生，可采取的措施是

 

，有同學(xué)測出了反應(yīng)后溶液中ClO^-、ClO₃^-兩種離子的物質(zhì)的量（n）與反應(yīng)時間（t）的關(guān)系曲線，粗略表示為曲線圖（不考慮氯氣和水的反應(yīng)）．
a、圖中曲線I表示

 

離子的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時間變化的關(guān)系．
b、所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物質(zhì)的量為

 

mol．
c、另取一份與②等物質(zhì)的量的石灰乳，以較大的速率通入足量氯氣，反應(yīng)后測得產(chǎn)物中Cl^-的物質(zhì)的量為0.37mol，則產(chǎn)物中n（ClO^-）/n（ClO₃^-）=

 

②試判斷另一個副反應(yīng)是（寫出此反應(yīng)方程式）

 

，為避免此副反應(yīng)發(fā)生，可采取的措施是

 

．

Answer 1

考點：探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量,氯、溴、碘及其化合物的綜合應(yīng)用,濃硫酸的性質(zhì)實驗

專題：鹵族元素,氧族元素

分析：Ⅰ、由裝置圖可知，該實驗原理：通過測定干燥管E的質(zhì)量增重確定二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計算鐵碳合金中碳的質(zhì)量，進而計算鐵的質(zhì)量，再計算合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)．故二氧化硫會影響二氧化碳的測定，進入干燥管E的氣體應(yīng)除去二氧化硫、且干燥．
（1）依據(jù)裝置圖分析A中是碳、鐵和濃硫酸加熱發(fā)生的反應(yīng)，濃硫酸只做氧化劑的反應(yīng)是碳和濃硫酸反應(yīng)生成二氧化碳、二氧化硫和水；
（2）A中生成的氣體含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使B中品紅溶液褪色，說明了濃硫酸的氧化性，被還原為二氧化硫氣體；二氧化硫存在會影響二氧化碳的質(zhì)量測定，C裝置中的高錳酸鉀溶液的作用為除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體；
（3）進入干燥管前的二氧化碳需要干燥，所以D裝置中是濃硫酸干燥劑
Ⅱ、分析：（1）濃硫酸具有強氧化性，Zn與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、二氧化硫、水，隨著反應(yīng)的進行濃硫酸被消耗會變成稀硫酸，鋅與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，所以SO₂中的雜質(zhì)可能為H₂和H₂O（g）；
（2）檢驗H₂的方法常用灼熱的CuO反應(yīng)生成水，檢驗水的存在，這里有水蒸氣的存在，注意操作的順序，先檢驗水的存在，將水除盡，再檢驗H₂和CuO反應(yīng)生成的水；
Ⅲ、（1）依據(jù)裝置儀器和流程分析回答判斷；
（2）①因為溫度高時易生成Ca（ClO₃）₂，所以避免此反應(yīng)發(fā)生可以采取降溫措施；
a、當(dāng)溫度低時，氯氣和氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣和次氯酸鈣；當(dāng)溫度高時，生成氯酸鈣和氯化鈣，根據(jù)溫度高低來判斷屬于哪種離子；
b、根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等計算氯離子的物質(zhì)的量，然后根據(jù)含氯化合物中鈣離子和陰離子的個數(shù)比計算氫氧化鈣的物質(zhì)的量；
c、另取一份與②等物質(zhì)的量的石灰乳，以較大的速率通入足量氯氣，反應(yīng)后測得產(chǎn)物中Cl^-的物質(zhì)的量為0.37mol，依據(jù)氯化鈣、次氯酸鈣、氯酸鈣中鈣離子和含氯元素的物質(zhì)的量比為1：2，結(jié)合b計算得到氫氧化鈣物質(zhì)的量計算氯元素物質(zhì)的量，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒，生成產(chǎn)物中氯元素守恒列式計算；
②裝置中無氯氣的除雜裝置，揮發(fā)出的氯化氫會和氫氧化鈣反應(yīng)．

解答： 解：由裝置圖可知，該實驗原理：通過測定干燥管E的質(zhì)量增重確定二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)二氧化碳的質(zhì)量計算鐵碳合金中碳的質(zhì)量，進而計算鐵的質(zhì)量，再計算合金中鐵的質(zhì)量分數(shù)．故二氧化硫會影響二氧化碳的測定，進入干燥管E的氣體應(yīng)除去二氧化硫、且干燥．
（1）碳與濃硫酸在加熱的條件下生成二氧化硫、二氧化碳、水，濃硫酸只做氧化劑，與鐵加熱反應(yīng)濃硫酸做酸和氧化劑，所以反應(yīng)方程式為C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案為：C+2H₂SO₄（濃）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（2）A中生成的氣體含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使裝置B中品紅溶液褪色，說明反應(yīng)中濃硫酸做氧化劑被還原為二氧化硫氣體，證明具有強氧化性；C裝置足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是為除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體，防止影響二氧化碳的質(zhì)量測定，
故答案為：品紅溶液逐漸褪色；強氧化性；除盡反應(yīng)產(chǎn)物中的SO₂氣體；
（3）進入干燥管前的二氧化碳需要干燥，所以D裝置中是濃硫酸干燥劑，D中盛放的試劑是濃硫酸；
故答案為：濃硫酸；
II．（1）濃硫酸具有強氧化性，Zn與濃硫酸反應(yīng)生成硫酸鋅、二氧化硫、水，
反應(yīng)方程式為：Zn+2H₂SO₄ （濃）

△   .

ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，隨著反應(yīng)的進行濃硫酸被消耗會變成稀硫酸，鋅與稀硫酸反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，所以SO₂中的雜質(zhì)可能為H₂和H₂O（g），
故答案為：氫氣和水蒸氣；
（2）先檢驗水的存在，將水除盡，再檢驗H₂和CuO反應(yīng)生成的水，B裝置檢驗水，A裝置除去氣體中的水蒸氣，C、D用于檢驗氣體中是否含有H₂，所以氣流方向為：c d（或d c）a b（或b a）e，故答案為：c d（或d c）a b（或b a）e；
III．（1）裝置中添加濃鹽酸通過分液漏斗；氯氣有毒，不能排放到空氣中，氫氧化鈉溶液的作用是吸收過量的氯氣；故答案為：分液漏斗；吸收尾氣；
（2）漂白粉將在U形管中產(chǎn)生，是氯氣和氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣、次氯酸鈣、水；其化學(xué)方程式為：2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O；
故答案為：2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O；
（3）①溫度較高時氯氣與消石灰反應(yīng)生成Ca（ClO₃）₂，為避免此副反應(yīng)的發(fā)生，用冰水或冷水冷卻；
a、當(dāng)溫度低時，氯氣和氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣和次氯酸鈣；當(dāng)溫度高時，生成氯酸鈣和氯化鈣，剛開始反應(yīng)時，溫度較低，氯氣和氫氧化鈣反應(yīng)生成氯化鈣和次氯酸鈣，所以圖2中曲線I表示離子ClO^-的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時間變化的關(guān)系；
b、根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等計算氯離子的物質(zhì)的量，設(shè)氯離子的物質(zhì)的量為n，則n×1=0.10mol×1+0.05mol×5=0.35mol，含氯元素的物質(zhì)的量=0.35mol+0.1mol+0.05mol=0.5mol，氯化鈣、次氯酸鈣、氯酸鈣中鈣離子和含氯離子的個數(shù)比為1：2，所以所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物質(zhì)的量為0.25mol；
c、取一份與②等物質(zhì)的量的石灰乳，物質(zhì)的量為0.25mol，根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等，生成氯離子得到電子和生成次氯酸根和氯酸根失去的電子守恒，設(shè)n（ClO^-）=x，n（ClO₃^-）=y；則得到：①0.37=x×1+y×5；依據(jù)氯化鈣、次氯酸鈣、氯酸鈣中鈣離子和含氯元素的物質(zhì)的量比為1：2，得到氯元素物質(zhì)的量為0.5mol；②x+y+0.37=0.5；①②聯(lián)立得到：
x=0.07mol，y=0.06mol；則n（ClO^-）/n（ClO₃^-）=7：6；
故答案為：將U型管置于冷水浴中；ClO^-；0.25；7：6
②裝置中無氯氣的除雜裝置，揮發(fā)出的氯化氫會和氫氧化鈣反應(yīng)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O；需要在發(fā)生裝置和U型管之間放飽和氯化鈉溶液，吸收氯氣中的氯化氫氣體；
故答案為：2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O；發(fā)生裝置和U型管之間放飽和氯化鈉溶液．

點評：本題考查了濃硫酸的性質(zhì)、常見氣體檢驗的方法和操作順序、對實驗原理的理解等，實驗室制漂白粉的裝置分析和制備條件判斷，溫度不同產(chǎn)物不同，需要注意檢驗的順序．方法類似于SO₂中CO₂的鑒別．先用品紅檢驗SO₂的存在，然后用酸性高錳酸鉀溶液吸收，再用品紅檢驗SO₂是否吸收完全，然后通過澄清石灰水檢驗CO₂．通過氧化還原反應(yīng)的電子守恒計算應(yīng)用是，圖象分析是解題關(guān)鍵，實驗裝置和步驟的分析需要熟練掌握實驗基本操作，難度中等．