Question

某化學興趣小組的同學用下圖所示實驗裝置進行實驗研究（圖中a、b、c表示止水夾）．請對其方案進行完善或評價．

（1）利用實驗室常用方法制取氯氣，將A、C、E相連，在丙中加入適量水，即可制得氯水．將所得氯水分為兩份，進行Ⅰ、Ⅱ兩個實驗，實驗操作、現象、結論如下

實驗序號	實驗操作	現象	結論
Ⅰ	將氯水滴入品紅溶液	品紅溶液褪色	氯氣與水反應的產物有漂白性
Ⅱ	氯水中加入碳酸氫鈉粉末	有無色氣泡產生	氯氣與水反應的產物具有酸性

請你評價：上述實驗推出的相應結論是否合理？

 

A．Ⅰ合理，Ⅱ不合理B．Ⅰ不合理，Ⅱ合理 C．Ⅰ、Ⅱ均不合理D．Ⅰ、Ⅱ均合理
（2）A、C、E相連，可設計一個簡單的實驗，以驗證Cl^-和Br^--的還原性強弱．有關反應的離子方程式為：

 

，

 

．
（3）B、D、E裝置相連后，在B中盛裝濃硝酸和銅片（放在有孔塑料板上），可制得并進行NO₂的有關實驗．
①B中發(fā)生反應的化學方程式為

 

．
②欲用D裝置驗證NO₂與水的反應，其操作步驟為：先關閉止水夾

 

，再打開止水夾

 

，使燒杯中的水進入試管丁的可能的操作是

 

．
（4）將22.4g鐵粉逐漸加入含HNO₃ 0.8mol的稀硝酸中，請畫出生成的氣體的物質的量（x）隨消耗鐵粉的物質的量（y）變化關系圖：

Answer 1

考點：常見氣體制備原理及裝置選擇,性質實驗方案的設計

專題：實驗設計題

分析：（1）實驗室制得的氯氣中有雜質氣體水蒸氣和氯化氫氣體，鹽酸能和碳酸氫鈉反應產生二氧化碳氣體；
（2）A、C、E相連即為二氧化錳和濃鹽酸反應制取氯氣，氯氣的氧化性強于溴，氯氣可以將溴從其鹽溶液中置換出來；
（3）銅和濃硝酸反應生成的是二氧化氮氣體，二氧化氮能和水反應生成硝酸和一氧化氮；利用壓強原理進行操作；
（4）鐵粉逐漸加入到含HNO₃ 0.8mol的稀硝酸中，開始硝酸過量，鐵與硝酸反應生成硝酸鐵、一氧化氮，當硝酸反應完畢后，鐵若有剩余，再與硝酸鐵反應生成硝酸亞鐵．
先判斷鐵與硝酸反應生成硝酸鐵、一氧化氮，鐵是否有剩余，若鐵有剩余根據硝酸計算生成NO的物質的量，若硝酸有剩余根據鐵計算生成NO的物質的量．

解答： 解：（1）實驗室制得的氯氣中有雜質氣體水蒸氣和氯化氫氣體，要進行干燥的氯氣不具備漂白性的驗證試驗，再進行實驗Ⅰ才能得到結論；氯化氫氣體溶于水形成鹽酸，鹽酸也能和碳酸氫鈉反應產生二氧化碳氣體，不一定是氯氣與水反應的產物的酸性，故都不合理，
故選C；
故答案為：不合理；沒有事先證明干燥的氯氣無漂白性；不合理； 制取的氯氣中含有HCl氣體，HCl溶于水后能與碳酸氫鈉粉末反應產生氣泡；
（2）氯氣的制取原理方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑，氯氣的氧化性強于溴，氯氣可以將溴從其鹽溶液中置換出來，
涉及的反應為：Cl₂+2Br^-═2Cl^-+Br₂，故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+2H₂O+Cl₂↑；Cl₂+2Br^-═2Cl^-+Br₂；
（3）①銅和濃硝酸反應的方程式為：Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，故答案為：Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；
②D裝置驗證NO₂與水的反應，其操作步驟為：先關閉止水夾ab，再打開c，然后雙手緊握（或微熱）試管丁，使試管中氣體逸出，
NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管丁中，
故答案為：a、b；c；雙手緊握（或微熱）試管丁，使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管丁中；
（4）22.4g鐵的物質的量為

22.4g

56g/mol

=0.4mol，令鐵完全反應需硝酸的物質的量為n，則：
  Fe+4HNO₃（�。�=Fe（NO₃）₃+NO↑+H₂0
   1   4
0.4mol n
所以n=1.6mol，由于1.6mol＞0.8mol，所以Fe有剩余，根據硝酸計算生成NO的物質的量，參加反應生成NO的Fe的物質的量，則：
   Fe+4HNO₃（稀）=Fe（NO₃）₃ +NO↑+H₂0
 1mol   4 mol     1mol     0.1mol
0.2mol  0.8mol    0.2mol   0.2mol
，生成的0.2mol鐵離子再和剩余0.1mol鐵反應生成亞鐵離子，氣體體積不變；
反應生成的氣體的物質的量（x）隨消耗鐵粉的物質的量（y）變化關系如圖：

故答案為：．

點評：本題是一道有關氯氣的制備和性質的實驗題，綜合性較強，考查學生分析和解決問題的能力．注意鐵粉逐漸加入到稀硝酸中，開始硝酸過量，鐵與硝酸反應生成硝酸鐵．