Question

13．为验证氧化性Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂，某小组用如图1所示装置进行实验（夹持仪器和A中加热装置已略，气密性已检验）．

实验过程：
Ⅰ．打开弹簧夹K₁～K₄，通过一段时间N₂，再将T型导管插入B中，继续通入N₂，然后关闭K₁、K₂、K₄．
Ⅱ．打开活塞a，滴加一定量的浓盐酸，给A加热．
Ⅲ．当B中溶液变黄时，停止加热，夹紧弹簧夹K₂．
Ⅳ．打开活塞b，使约2ml的溶液流入D试管中，检验其中的离子．
Ⅴ．打开弹簧夹K₂，活塞c，加入70%的硫酸，一段时间后夹紧弹簧夹K₂．
Ⅵ．更换试管D，重复过程Ⅳ，检验B溶液中的离子．
（1）过程Ⅰ的目的是排出装置中的空气，防止干扰实验．
（2）棉花中浸润的溶液为NaOH溶液．
（3）A中发生反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（4）用70%的硫酸制取SO₂，反应速率比用98%的硫酸快，原因是70%硫酸中氢离子浓度大于98%的硫酸，因此反应速率更快．
（5）甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验，结论如下表所示，他们的检测结果一定能够证明氧化性Cl²＞Fe³⁺＞SO₂的是乙、丙（填“甲”、“乙”或“丙”）．

	过程Ⅳ：B溶液中含有的离子	过程Ⅵ：B溶液中含有的离子
甲	有Fe3+，无Fe2+	有SO42-
乙	既有Fe3+、又有Fe2+	有SO42-
丙	有Fe3+、无Fe2+	有Fe2+

（6）进行实验过程Ⅴ时，B中溶液颜色由黄色逐渐变为红棕色，停止通气，放置一段时间后溶液颜色变为浅绿色．
  查阅资料：Fe²⁺（aq）+2SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨绿色）
  提出假设：FeCl₂与SO₂的反应经历了中间产物FeSO₃，溶液的红棕色是FeSO₃（墨绿色）与FeCl₃（黄色）的混合色．
  某同学设计如图2实验，证实该假设成立：
  ①溶液E和F分别为Na₂SO₃、FeCl₃．
  ②请用离子方程式解释步骤3中溶液（酸性）由红棕色变浅绿色的原因Fe³⁺消耗SO₃^2-，c（SO₃^2-）减小，平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨绿色）逆向移动，溶液颜色由红棕色变为浅绿色．

Answer 1

分析 （1）空气中氧气具有氧化性，能干扰实验；
（2）氯气、二氧化硫都有毒，不能直接排空，且氯气、二氧化硫都能和NaOH溶液反应生成无毒物质，可以用碱液吸收；
（3）加热条件下，浓盐酸和二氧化锰反应生成氯化锰、氯气和水；
（4）溶液中氢离子浓度越大反应速率越快；
（5）溶液显酸性，检验SO₄^2-应选择BaCl₂溶液；乙中第一次，说明Cl₂不足，Cl₂氧化性大于Fe³⁺，第二次有SO₄^2-，说明发生SO₂与Fe³⁺的反应，则氧化性Fe³⁺＞SO₂；丙中第一次有Fe³⁺，无Fe²⁺，则氧化性Cl₂＞Fe³⁺，第二次有Fe²⁺，说明发生SO₂与Fe³⁺的反应，则氧化性Fe³⁺＞SO₂；
（6）增大反应物浓度平衡向正反应方向移动，减小反应物浓度，平衡逆向移动，根据混合物颜色变化判断．

解答 解：（1）空气中氧气具有氧化性，能氧化亚铁离子生成铁离子而干扰实验，为排除氧气的干扰，用氮气将装置中的空气排出，故答案为：排出装置中的空气，防止干扰实验；
（2）氯气、二氧化硫都有毒，不能直接排空，氯气和水反应生成酸、二氧化硫属于酸性氧化物，所以氯气、二氧化硫都能和NaOH溶液反应生成无毒物质，可以用碱液吸收，则棉花浸润的液体是NaOH溶液，
故答案为：NaOH溶液；
（3）加热条件下，浓盐酸和二氧化锰反应生成氯化锰、氯气和水，反应方程式为MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（4）溶液中氢离子浓度越大反应速率越快，98%浓硫酸中氢离子浓度小于70%硫酸，所以70%硫酸反应速率较快，故答案为：70%硫酸中氢离子浓度大于98%的硫酸，因此反应速率更快；
（5）溶液显酸性，检验SO₄^2-应选择BaCl₂溶液；乙中第一次，说明Cl₂不足，Cl₂氧化性大于Fe³⁺，第二次有SO₄^2-，说明发生SO₂与Fe³⁺的反应，则氧化性Fe³⁺＞SO₂；丙中第一次有Fe³⁺，无Fe²⁺，则氧化性Cl₂＞Fe³⁺，第二次有Fe²⁺，说明发生SO₂与Fe³⁺的反应，则氧化性Fe³⁺＞SO₂，
故答案为：乙、丙；
（6）①根据已知条件：FeCl₃与SO₂的反应经历了中间产物FeSO₃，溶液的红棕色是FeSO₃（墨绿色）与FeCl₃（黄色）的混合色，所以可以借助氯化铁和亚硫酸钠溶液来确定假设是否成立，故答案为：Na₂SO₃；FeCl₃；
②根据化学平衡：Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨绿色），步骤3中，Fe³⁺消耗SO₃^2-，c（SO₃^2-）减小，平衡逆向移动，溶液颜色由红棕色变为浅绿色，
故答案为：Fe³⁺消耗SO₃^2-，c（SO₃^2-）减小，平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨绿色）逆向移动，溶液颜色由红棕色变为浅绿色．

点评 本题考查性质实验方案设计，为高频考点，涉及实验基本操作过程、化学平衡移动原理、物质的制备、化学反应速率影响因素等知识点，明确实验原理是解本题关键，注意氧化性强弱比较是解答难点，注意（4）题氢离子浓度影响反应速率，为易错点．