Question

【題目】某化學(xué)興趣小組在實(shí)驗(yàn)室制取漂白粉，并探究氯氣與石灰乳反應(yīng)的條件和產(chǎn)物。

已知：①二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)可制備氯氣，同時(shí)生成MnCl2。

②氯氣和堿反應(yīng)放出熱量。溫度較高時(shí)，氯氣和堿還能發(fā)生如下反應(yīng)：3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3-+3H2O。該興趣小組設(shè)計(jì)了下列實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

請(qǐng)回答下列問題：

(1)①甲裝置用于制備氯氣，乙裝置的作用是________。

②該興趣小組用100 mL12 mol·L-1鹽酸與8.7 g MnO2制備氯氣，并將所得氯氣與過量的石灰乳反應(yīng)，則理論上最多可制得Ca(ClO)2______g。

(2)小組成員發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)物中Ca(ClO)2的質(zhì)量明顯小于理論值。他們討論后認(rèn)為，部分氯氣未與石灰乳反應(yīng)而逸出，以及溫度升高也是可能原因。為了探究反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的影響，他們另取一定量的石灰乳，緩慢、勻速地通入足量氯氣，得出了ClO-、ClO3-兩種離子的物質(zhì)的量(n)與反應(yīng)時(shí)間(t)的關(guān)系曲線，粗略表示為如圖(不考慮氯氣和水的反應(yīng))。

①圖中曲線Ⅰ表示_______離子的物質(zhì)的量隨反應(yīng)時(shí)間變化的關(guān)系。

②所取石灰乳中含有Ca(OH)2的物質(zhì)的量為______mol。

③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(cè)得產(chǎn)物中Cl-的物質(zhì)的量為0.35 mol，則產(chǎn)物中=__。

(3)為了提高Ca(ClO)2的產(chǎn)率，可對(duì)丙裝置作適當(dāng)改進(jìn)。請(qǐng)你寫出一種改進(jìn)方法：________。

Answer 1

【答案】除去氯氣中的氯化氫氣體 7.15 ClO- 0.25 2：1 把丙裝置浸在盛有冰水的水槽中

【解析】

(1)①飽和食鹽水的主要作用是除去氯氣中的氯化氫氣體；

②依據(jù)MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O；2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O，結(jié)合定量關(guān)系計(jì)算理論值；

(2)①當(dāng)溫度低時(shí)，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(shí)，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；

②根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等計(jì)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(gè)數(shù)比計(jì)算氫氧化鈣的物質(zhì)的量；

③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(cè)得產(chǎn)物中Cl-的物質(zhì)的量為0.35 mol，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(jì)算得到氫氧化鈣物質(zhì)的量計(jì)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(jì)算。

(3)根據(jù)題中信息，在高溫度下發(fā)生副反應(yīng)，可以把丙裝置放入冰水中。

(1)①濃鹽酸和二氧化錳反應(yīng)制取氯氣的方程式為：MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O；濃鹽酸具有揮發(fā)性，在反應(yīng)制取氯氣的過程中揮發(fā)出HCl氣體，所以通過飽和食鹽水的作用是除去Cl2中混有的HCl氣體；

②n(HCl)=12 mol/L×0.1 L=1.2 mol，n(MnO2)= =0.1 mol，MnO2、HCl反應(yīng)的物質(zhì)的量的比是1：4，可見足量的濃鹽酸與8.7 gMnO2制備氯氣，以MnO2為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，n(Cl2)=n(MnO2)=0.1 mol，將所得氯氣與過量的石灰乳反應(yīng)，反應(yīng)方程式為：2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O，根據(jù)方程式中物質(zhì)反應(yīng)關(guān)系可知：理論上最多可制得Ca(ClO)2的物質(zhì)的量為0.05 mol，其質(zhì)量m[Ca(ClO)2]=0.05mol×143 g/mol=7.15 g；

(2)①當(dāng)溫度低時(shí)，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(shí)，生成氯酸鈣和氯化鈣，剛開始反應(yīng)時(shí)，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(shí)間變化的關(guān)系；

②根據(jù)氧化還原反應(yīng)中得失電子數(shù)相等計(jì)算Cl-的物質(zhì)的量，設(shè)被還原的氯離子的物質(zhì)的量為n，則n×1=0.10 mol×1+0.05 mol×5=0.35 mol，則反應(yīng)的Cl2中含氯原子的物質(zhì)的量為：0.35 mol+0.1 mol+0.05 mol=0.5 mol，在CaCl2、Ca(ClO)2、Ca(ClO3)2中鈣離子和含氯離子的個(gè)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=0.25 mol；

③取一份與②等物質(zhì)的量的石灰乳，其物質(zhì)的量為0.25 mol，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：0.35=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；x+y+0.35=0.5，解得：x=0.1 mol，y=0.05 mol，則產(chǎn)物中=2：1；

(3)由于反應(yīng)在高溫度下發(fā)生副反應(yīng)，所以改進(jìn)措施可以把丙裝置放入盛有冰水的水槽中，避免發(fā)生3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3-+3H2O。