Question

14．NCl₃既可用于漂白，又可用于檸檬等水果的熏蒸處理．已知：NCl₃熔點(diǎn)為-40℃，沸點(diǎn)為70℃，95℃以上易爆炸，有刺激性氣味，在熱水中易水解．實(shí)驗(yàn)室可用Cl₂和NH₄Cl溶液反應(yīng)制取NCl₃．某小組利用如圖所示的裝置制備NCl₃，并探究NCl₃的漂白性．

回答下列問題：
（1）儀器M中盛放的試劑為濃鹽酸．
（2）各裝置接口連接的順序?yàn)閍、b、c、e、f、d（用小寫字母表示）．
（3）當(dāng)裝置B的蒸餾燒瓶中出現(xiàn)較多油狀液體后，關(guān)閉b處的活塞，應(yīng)控制水浴加熱的溫度為70～95℃，裝置C的作用為吸收尾氣HCl并防止倒吸．
（4）當(dāng)裝置D的錐形瓶內(nèi)有較多黃色油狀液體出現(xiàn)時，用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取該液體滴到干燥的紅色石蕊試紙上，試紙不褪色；若取該液體滴入50～60℃的熱水中，片刻后取該熱水再滴到干燥的紅色石蕊試紙上，則試紙先變藍(lán)后褪色．結(jié)合化學(xué)方程式解釋該現(xiàn)象：在熱水中發(fā)生的反應(yīng)為NCl₃+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3HClO+NH₃↑，NCl₃本身無漂白性，但在熱水中會水解生成NH₃•H₂O使紅色的石蕊試紙變藍(lán)，而生成的HClO又使其褪色．
（5）在pH=4時電解NH₄Cl溶液也可以制得NCl₃，然后利用空氣流將產(chǎn)物帶出電解槽．電解池中產(chǎn)生NCl₃的電極為陽極（填“陰極”或“陽極”），該電極的電極反應(yīng)式為3Cl^-+NH₄⁺-6e^-═NCl₃+4H⁺．
（6）NCl₃可與NaClO₂溶液反應(yīng)制取ClO₂氣體，同時產(chǎn)生一種無污染的氣體，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為2NCl₃+6NaClO═6ClO₂↑+6NaCl+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）裝置A的作用為制備Cl₂，采用實(shí)驗(yàn)室制備Cl₂的方法制備，由MnO₂和濃鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生Cl₂，據(jù)此分析M中盛放的試劑；
（2）實(shí)驗(yàn)室利用Cl₂和NH₄Cl溶液反應(yīng)制取NCl₃，A裝置產(chǎn)生Cl₂，B裝置Cl₂和NH₄Cl反應(yīng)產(chǎn)生NCl₃，D為收集裝置，C為尾氣處理裝置據(jù)此解答；
（3）根據(jù)NCl₃的理化常數(shù)，熔點(diǎn)為-40℃，沸點(diǎn)為70℃，95℃以上易爆炸，判斷控制水浴加熱的溫度范圍，裝置C為尾氣處理裝置，反應(yīng)產(chǎn)生HCl氣體，據(jù)此分析C的作用；
（4）當(dāng)裝置D的錐形瓶內(nèi)有較多黃色油狀液體出現(xiàn)時，產(chǎn)生的是NCl₃，用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取該液體滴到干燥的紅色石蕊試紙上，試紙不褪色；若取該液體滴入50～60℃的熱水中，片刻后取該熱水再滴到干燥的紅色石蕊試紙上，試紙先變藍(lán)后褪色，考慮到NCl₃在熱水中易水解，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷水解產(chǎn)物，據(jù)此分析解釋原因；
（5）在pH=4時電解NH₄Cl溶液也可以制得NCl₃，根據(jù)化合價變化，N從-3價變?yōu)?3價，失去電子，在電解池中應(yīng)為陽極反應(yīng)，據(jù)此寫出電極反應(yīng)式；
（6）NCl₃可與NaClO₂溶液反應(yīng)制取ClO₂氣體，同時產(chǎn)生一種無污染的氣體，根據(jù)元素守恒分析，這種氣體應(yīng)為N₂，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，據(jù)此寫出反應(yīng)的方程式，注意配平．

解答 解：（1）裝置A的作用為制備Cl₂，采用實(shí)驗(yàn)室制備Cl₂的方法制備，由MnO₂和濃鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生Cl₂，M中盛放的是液體試劑，則應(yīng)為濃鹽酸，
故答案為：濃鹽酸；
（2）實(shí)驗(yàn)室利用Cl₂和NH₄Cl溶液反應(yīng)制取NCl₃，A裝置產(chǎn)生Cl₂，B裝置Cl₂和NH₄Cl反應(yīng)產(chǎn)生NCl₃，D為收集裝置，C為尾氣處理裝置，根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理所要求的先后順序，則連接裝置的順序從整體上為A→B→D→C，考慮接口處的順序，則連接裝置的順序?yàn)椋篴、b、c、e、f、d，
故答案為：a、b、c、e、f、d；
（3）根據(jù)NCl₃的理化常數(shù)，熔點(diǎn)為-40℃，沸點(diǎn)為70℃，95℃以上易爆炸，則應(yīng)控制水浴加熱的溫度為：70～95℃，
裝置C為尾氣處理裝置，反應(yīng)采用濃鹽酸反應(yīng)，會產(chǎn)生一定量的HCl氣體，則裝置C處理HCl氣體，防止污染大氣，倒扣的漏斗是防止倒吸，所以裝置C的作用為：吸收尾氣HCl并防止倒吸，
故答案為：70～95℃；吸收尾氣HCl并防止倒吸；
（4）當(dāng)裝置D的錐形瓶內(nèi)有較多黃色油狀液體出現(xiàn)時，產(chǎn)生的是NCl₃，用干燥、潔凈的玻璃棒蘸取該液體滴到干燥的紅色石蕊試紙上，試紙不褪色；若取該液體滴入50～60℃的熱水中，片刻后取該熱水再滴到干燥的紅色石蕊試紙上，試紙先變藍(lán)后褪色，考慮到NCl₃在熱水中易水解，根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以判斷NCl₃水解產(chǎn)生NH₃•H₂O，同時產(chǎn)生HClO，使試紙后來褪色，
故答案為：在熱水中發(fā)生的反應(yīng)為NCl₃+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3HClO+NH₃↑，NCl₃本身無漂白性，但在熱水中會水解生成NH₃•H₂O使紅色的石蕊試紙變藍(lán)，而生成的HClO又使其褪色；
（5）在pH=4時電解NH₄Cl溶液也可以制得NCl₃，根據(jù)化合價變化，N從-3價變?yōu)?3價，失去電子，在電解池中應(yīng)為陽極反應(yīng)，則電解池中產(chǎn)生NCl₃的電極為陽極，陽極的電極反應(yīng)式為：3Cl^-+NH₄⁺-6e^-═NCl₃+4H⁺，
故答案為：陽極；3Cl^-+NH₄⁺-6e^-═NCl₃+4H⁺；
（6）NCl₃可與NaClO₂溶液反應(yīng)制取ClO₂氣體，同時產(chǎn)生一種無污染的氣體，根據(jù)元素守恒分析，這種氣體應(yīng)為N₂，反應(yīng)為氧化還原反應(yīng)，則該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2NCl₃+6NaClO═6ClO₂↑+6NaCl+N₂↑，
故答案為：2NCl₃+6NaClO═6ClO₂↑+6NaCl+N₂↑．

點(diǎn)評 本題考查無機(jī)化合物的性質(zhì)，NCl₃的水解，實(shí)驗(yàn)制備基本流程，氧化還原反應(yīng)方程式的書寫和配平，實(shí)驗(yàn)的基本操作要點(diǎn)，題目涉及的知識點(diǎn)較多，考查綜合分析能力，也是高頻考點(diǎn)，有助于培養(yǎng)化學(xué)解題的整體思維和化學(xué)知識遷移的能力，不失為一道好題，難度中等．
值得一提的是，本題的背景是NCl₃，也考查了NCl₃的水解，學(xué)過大學(xué)無機(jī)化學(xué)的元素化學(xué)部分的會知道，NCl3的水解機(jī)理是特殊的，解釋為，由于N價層不存在d軌道，且體積小，水解時不是O進(jìn)攻N，而是N上的孤對電子進(jìn)攻水中的H，產(chǎn)物為NH₃和HOCl，這一點(diǎn)和同族的PCl₃是不同的，PCl₃水解則是O進(jìn)攻P，顯然是由于P價層存在空的d軌道，O上孤對電子可以被容納，PCl₃水解產(chǎn)物則為H₃PO₃和HCl，對于二者水解機(jī)理的不同，在化學(xué)競賽中會強(qiáng)調(diào)，也在碩士研究生入學(xué)考卷中出現(xiàn)過，可見這個知識點(diǎn)是很有影響力的．