Question

3．某化學(xué)活動(dòng)小組設(shè)計(jì)如圖所示（部分夾持裝置已略去）實(shí)驗(yàn)裝置，以探究潮濕的Cl₂與Na₂CO₃反應(yīng)得到的固體物質(zhì)．

（1）寫出裝置A中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）寫出試劑Y的名稱：飽和食鹽水．
（3）已知：通入一定量的氯氣后，測(cè)得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，其為含氯氧化物．可以確定的是C中含有的氯鹽只有一種，且含有NaHCO₃，現(xiàn)對(duì)C成分進(jìn)行猜想和探究．
①提出合理假設(shè)：
假設(shè)一：存在兩種成分：NaHCO₃和NaCl．
假設(shè)二：存在三種成分：NaHCO₃和NaCl、Na₂CO₃．
②設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)步驟以及預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論（可不填滿）．
限選實(shí)驗(yàn)試劑和儀器：蒸餾水、稀硝酸、BaCl₂溶液、澄清石灰水、AgNO₃溶液、試管、小燒杯．

實(shí)驗(yàn)步驟	預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟1：取C中的少量固體樣品于試管中，滴加 足量蒸餾水至固體溶解，然后將所得溶液分別置于A、B試管中．
步驟2：向A試管中滴加BaCl2溶液	①若無明顯現(xiàn)象，證明固體中不含碳酸鈉； ②若溶液變渾濁，證明固體中含有碳酸鈉．
步驟3：向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液	若溶液變渾濁，結(jié)合步驟2中的①，則假設(shè) 一成立；結(jié)合步驟2中的②，則假設(shè)二成立．

（4）己知C中有0.1mol Cl₂參加反應(yīng)．若假設(shè)一成立，可推知C中反應(yīng)的化學(xué)方程式為2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
（5）常溫下Na₂CO₃和NaHCO₃均為0.1mol/L的混合溶液中，c（OH^-）-c（H⁺）=$\frac{3}{2}$c（H₂CO₃）+$\frac{1}{2}$c（HCO₃^-）-$\frac{1}{2}$c（CO₃^2-）（用含碳元素的粒子濃度表示），在該溶液中滴加稀鹽酸至中性時(shí)，溶液中溶質(zhì)的成分有NaCl、NaHCO₃．

Answer 1

分析 （1）二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下生成氯氣、氯化錳和水；
（2）制備氯氣中含有氯化氫氣體，氯化氫易溶于水，氯氣在飽和食鹽水中溶解度不大，需要用飽和食鹽水除去氯化氫；
（3）在裝置C中通入一定量的氯氣后，測(cè)得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體（含氯氧化物）．C中含氯元素的鹽只有一種，且含有NaHCO₃．
假設(shè)存在兩種成分，為NaHCO₃和NaCl；
假設(shè)存在三種成分，應(yīng)還有未完全反應(yīng)的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．
步驟2中向A試管中滴加適量BaCl₂溶液，是檢驗(yàn)產(chǎn)物中是否有Na₂CO₃；
步驟3應(yīng)是檢驗(yàn)氯離子，應(yīng)向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液變渾濁，證明固體中含有NaCl；
（4）依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒計(jì)算判斷氯元素化合價(jià)寫出化合物化學(xué)式，依據(jù)反應(yīng)物和生成物配平書寫化學(xué)方程式；
（5）依據(jù)碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液中存在的質(zhì)子守恒表達(dá)式計(jì)算解答；
鹽酸先和碳酸鈉反應(yīng)，生成碳酸氫鈉方程式為：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，碳酸氫鈉再和鹽酸反應(yīng)，生成CO₂
方程式為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，完全反應(yīng)后，CO₂溶于水顯酸性，溶液呈中性，說明NaHCO₃（堿性）應(yīng)有剩余．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳和濃鹽酸制氯氣，離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）制備氯氣中含有氯化氫氣體，需要用飽和食鹽水除去，故答案為：飽和食鹽水；
（3）①在裝置C中通入一定量的氯氣后，測(cè)得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體（含氯氧化物），C中含氯元素的鹽只有一種，且含有NaHCO₃．
假設(shè)存在兩種成分，為NaHCO₃和NaCl；
假設(shè)存在三種成分，應(yīng)還有未完全反應(yīng)的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．
故答案為：NaCl；NaCl；Na₂CO₃；
②步驟2中向A試管中滴加適量BaCl₂溶液，是檢驗(yàn)產(chǎn)物中是否有Na₂CO₃；
步驟3應(yīng)是檢驗(yàn)氯離子，應(yīng)向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液變渾濁，證明固體中含有NaCl；
故答案為：BaCl₂溶液；過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液；
（4）C中有0.1mol Cl₂參加反應(yīng)．裝置C中通入一定量的氯氣后，測(cè)得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，若假設(shè)一成立，反應(yīng)為Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依據(jù)氧化還原反應(yīng)電子守恒計(jì)算判斷氯元素化合價(jià)為+1價(jià)：可推知C中反應(yīng)生成的含氯氧化物為Cl₂O；反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
故答案為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O；
（5）根據(jù)質(zhì)子守恒，對(duì)于Na₂CO₃溶液中：c（OH^-）=c（H⁺）+2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-），NaHCO₃溶液中：c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃），兩者等濃度、等體積混合后，溶液中兩種溶質(zhì)的物質(zhì)的量相等，所以，將上述兩式疊加：[c（OH^-）=c（H⁺）+2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）]+[c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃）]，移項(xiàng)，即得2c（OH^-）-2c（H⁺）=3c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）-c（CO₃^2-），
c（OH^-）-c（H⁺）=$\frac{3}{2}$c（H₂CO₃）+$\frac{1}{2}$c（HCO₃^-）-$\frac{1}{2}$c（CO₃^2-）；
鹽酸先和碳酸鈉反應(yīng)，生成碳酸氫鈉方程式為：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，碳酸氫鈉再和鹽酸反應(yīng)，生成CO₂
方程式為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，完全反應(yīng)后，CO₂溶于水顯酸性，溶液呈中性，說明NaHCO₃（堿性）應(yīng)有剩余，所以溶液中溶質(zhì)的成分：NaCl、NaHCO₃；
故答案為：$\frac{3}{2}$c（H₂CO₃）+$\frac{1}{2}$c（HCO₃^-）-$\frac{1}{2}$c（CO₃^2-）；NaCl、NaHCO₃．

點(diǎn)評(píng) 本題為綜合題，考查了氯氣的實(shí)驗(yàn)室制備、以及氯氣的化學(xué)性質(zhì)、離子的檢驗(yàn)知識(shí)，鹽類的水解平衡、電離平衡，題目難度中等，掌握物質(zhì)性質(zhì)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法是解題關(guān)鍵．