Question

8．某化學興趣小組在實驗室制取漂白粉，并探究氯氣與石灰乳反應的條件和產物．已知：①二氧化錳與濃鹽酸反應可制備氯氣，同時生成MnCl₂．②氯氣和堿的反應為放熱反應．溫度較高時，氯氣和堿還能發(fā)生如下反應：3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O．該興趣小組設計了如圖1實驗裝置，進行實驗．

請回答下列問題：
（1）①甲裝置用于制備氯氣，其反應的化學方程式是MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；乙裝置的作用是除去氯氣中混有的氯化氫．
②該興趣小組用100mL 12mol/L鹽酸與 8.7gMnO₂制備氯氣，并將所得氯氣與過量的石灰乳反應，則理論上最多可制得Ca（ClO）₂7.15g．
（2）小組成員發(fā)現(xiàn)，產物中Ca（ClO）₂的質量明顯小于理論值．為了探究反應條件對產物的影響，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^-兩種離子的物質的量（n）與反應時（t）的關系曲線，粗略表示為圖2（不考慮氯氣和水的反應）．
①圖中曲線I表示ClO^-離子的物質的量隨反應時間變化的關系．
②所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物質的量為0.25mol．
（3）為了提高Ca（ClO）₂的產率，可對丙裝置作適當改進．請你給出一種改進方法：將丙裝置浸在盛有冷水的水槽中．

Answer 1

分析 （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）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；2Cl₂+2Ca（OH）₂═CaCl₂+Ca（ClO）₂+2H₂O，結合定量關系計算理論值；
（2）①當溫度低時，氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和次氯酸鈣；當溫度高時，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；
②根據(jù)氧化還原反應中得失電子數(shù)相等計算氯離子的物質的量，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的量；
（3）根據(jù)題中信息，在高溫度下發(fā)生副反應，可以把丙裝置放入冰水中．

解答 解：（1）①濃鹽酸和二氧化錳反應制取氯氣的方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；反應過程中會發(fā)出氯化氫氣體，所以通過飽和食鹽水的作用是除去Cl₂中混有的HCl氣體，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；除去氯氣中混有的氯化氫；
②足量的濃鹽酸與8.7g MnO₂制備氯氣，并將所得氯氣與過量的石灰乳反應，則理論上最多可制得Ca（ClO）₂；可以依據(jù)反應MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；2Cl₂+2Ca（OH）₂═CaCl₂+Ca（ClO）₂+2H₂O，得到定量關系：8.7g MnO₂物質的量為0.1mol；
 2MnO₂～Ca（ClO）₂
 2       1
0.1mol 0.05mol
所以理論上最多可制得Ca（ClO）₂ 質量=0.05mol×143g/mol=7.15g，
故答案為：7.15；
（2）①當溫度低時，氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和次氯酸鈣；當溫度高時，生成氯酸鈣和氯化鈣，剛開始反應時，溫度較低，氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和次氯酸鈣，所以圖2中曲線I表示離子ClO^-的物質的量隨反應時間變化的關系，
故答案為：ClO^-；
②根據(jù)氧化還原反應中得失電子數(shù)相等計算Cl^-的物質的量，設被還原的氯離子的物質的量為n，則n×1=0.10mol×1+0.05mol×5=0.35mol，含氯離子的物質的量為：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的物質的量為0.25mol，
故答案為：0.25；
（3）由于反應在高溫度下發(fā)生副反應，所以改進措施可以把丙裝置放入冰水中，避免發(fā)生3Cl₂+6OH^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$5Cl^-+ClO₃^-+3H₂O，
故答案為：將丙裝置浸在盛有冷水的水槽中．

點評 本題考查了性質方案的設計，題目難度中等，明確實驗目的、實驗原理為解答關鍵，注意熟練掌握氯氣的實驗室制法及守恒思想在化學計算中的應用方法是，他培養(yǎng)了學生的分析、理解能力及化學實驗、化學計算能力．