Question

I．现有某铁碳合金，某化学兴趣小组为了测定铁碳合金中铁的质量分数，并探究浓硫酸的某些性质，设计了下图所示的实验装置和实验方案（夹持仪器已省略）．

点燃酒精灯一段时间后，A、B中可观察到明显的现象：
（1）写出A中发生反应的化学方程式

 

（写浓硫酸只做氧化剂的）．
（2）B中的现象是

 

，由此可得到浓硫酸具有

 

性；C中足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是

 

．
（3）D中盛放的试剂是

 

．
II．某课外活动小组的同学，在实验室研究用过量的锌与浓硫酸反应制取二氧化硫的有关问题．
（1）这样制取的二氧化硫气体中可能含有的杂质是

 

．
（2）某同学用下列装置连接成一整套实验装置以验证（1）的判断是否正确，若按气体从左到右流向时，气体流经的各装置导管的编号依次是

 

（用a、b…填写）．

III．某学生设计如下实验装置利用氯气与潮湿的消石灰反应制取少量漂白粉（这是一个放热反应），据此回答下列问题：

（1）A仪器的名称是

 

，D的作用

 

．
（2）漂白粉将在U型管中产生，其化学反应方程式是

 

．
（3）此实验结果所得Ca（ClO）₂产率太低．经分析并查阅资料发现主要原因是在U型管中存在两个副反应：
①温度较高时氯气与消石灰反应生成了Ca（ClO₃）₂，为避免此副反应的发生，可采取的措施是

 

，有同学测出了反应后溶液中ClO^-、ClO₃^-两种离子的物质的量（n）与反应时间（t）的关系曲线，粗略表示为曲线图（不考虑氯气和水的反应）．
a、图中曲线I表示

 

离子的物质的量随反应时间变化的关系．
b、所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物质的量为

 

mol．
c、另取一份与②等物质的量的石灰乳，以较大的速率通入足量氯气，反应后测得产物中Cl^-的物质的量为0.37mol，则产物中n（ClO^-）/n（ClO₃^-）=

 

②试判断另一个副反应是（写出此反应方程式）

 

，为避免此副反应发生，可采取的措施是

 

．

Answer 1

考点：探究物质的组成或测量物质的含量,氯、溴、碘及其化合物的综合应用,浓硫酸的性质实验

专题：卤族元素,氧族元素

分析：Ⅰ、由装置图可知，该实验原理：通过测定干燥管E的质量增重确定二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量计算铁碳合金中碳的质量，进而计算铁的质量，再计算合金中铁的质量分数．故二氧化硫会影响二氧化碳的测定，进入干燥管E的气体应除去二氧化硫、且干燥．
（1）依据装置图分析A中是碳、铁和浓硫酸加热发生的反应，浓硫酸只做氧化剂的反应是碳和浓硫酸反应生成二氧化碳、二氧化硫和水；
（2）A中生成的气体含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使B中品红溶液褪色，说明了浓硫酸的氧化性，被还原为二氧化硫气体；二氧化硫存在会影响二氧化碳的质量测定，C装置中的高锰酸钾溶液的作用为除尽反应产物中的SO₂气体；
（3）进入干燥管前的二氧化碳需要干燥，所以D装置中是浓硫酸干燥剂
Ⅱ、分析：（1）浓硫酸具有强氧化性，Zn与浓硫酸反应生成硫酸锌、二氧化硫、水，随着反应的进行浓硫酸被消耗会变成稀硫酸，锌与稀硫酸反应产生氢气，所以SO₂中的杂质可能为H₂和H₂O（g）；
（2）检验H₂的方法常用灼热的CuO反应生成水，检验水的存在，这里有水蒸气的存在，注意操作的顺序，先检验水的存在，将水除尽，再检验H₂和CuO反应生成的水；
Ⅲ、（1）依据装置仪器和流程分析回答判断；
（2）①因为温度高时易生成Ca（ClO₃）₂，所以避免此反应发生可以采取降温措施；
a、当温度低时，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙和次氯酸钙；当温度高时，生成氯酸钙和氯化钙，根据温度高低来判断属于哪种离子；
b、根据氧化还原反应中得失电子数相等计算氯离子的物质的量，然后根据含氯化合物中钙离子和阴离子的个数比计算氢氧化钙的物质的量；
c、另取一份与②等物质的量的石灰乳，以较大的速率通入足量氯气，反应后测得产物中Cl^-的物质的量为0.37mol，依据氯化钙、次氯酸钙、氯酸钙中钙离子和含氯元素的物质的量比为1：2，结合b计算得到氢氧化钙物质的量计算氯元素物质的量，依据氧化还原反应电子守恒，生成产物中氯元素守恒列式计算；
②装置中无氯气的除杂装置，挥发出的氯化氢会和氢氧化钙反应．

解答： 解：由装置图可知，该实验原理：通过测定干燥管E的质量增重确定二氧化碳的质量，根据二氧化碳的质量计算铁碳合金中碳的质量，进而计算铁的质量，再计算合金中铁的质量分数．故二氧化硫会影响二氧化碳的测定，进入干燥管E的气体应除去二氧化硫、且干燥．
（1）碳与浓硫酸在加热的条件下生成二氧化硫、二氧化碳、水，浓硫酸只做氧化剂，与铁加热反应浓硫酸做酸和氧化剂，所以反应方程式为C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O，
故答案为：C+2H₂SO₄（浓）

△   .

CO₂↑+2SO₂↑+2H₂O；
（2）A中生成的气体含有CO₂、2SO₂，SO₂具有漂白性，能使装置B中品红溶液褪色，说明反应中浓硫酸做氧化剂被还原为二氧化硫气体，证明具有强氧化性；C装置足量的酸性KMnO₄溶液所起的作用是为除尽反应产物中的SO₂气体，防止影响二氧化碳的质量测定，
故答案为：品红溶液逐渐褪色；强氧化性；除尽反应产物中的SO₂气体；
（3）进入干燥管前的二氧化碳需要干燥，所以D装置中是浓硫酸干燥剂，D中盛放的试剂是浓硫酸；
故答案为：浓硫酸；
II．（1）浓硫酸具有强氧化性，Zn与浓硫酸反应生成硫酸锌、二氧化硫、水，
反应方程式为：Zn+2H₂SO₄ （浓）

△   .

ZnSO₄+SO₂↑+2H₂O，随着反应的进行浓硫酸被消耗会变成稀硫酸，锌与稀硫酸反应产生氢气，所以SO₂中的杂质可能为H₂和H₂O（g），
故答案为：氢气和水蒸气；
（2）先检验水的存在，将水除尽，再检验H₂和CuO反应生成的水，B装置检验水，A装置除去气体中的水蒸气，C、D用于检验气体中是否含有H₂，所以气流方向为：c d（或d c）a b（或b a）e，故答案为：c d（或d c）a b（或b a）e；
III．（1）装置中添加浓盐酸通过分液漏斗；氯气有毒，不能排放到空气中，氢氧化钠溶液的作用是吸收过量的氯气；故答案为：分液漏斗；吸收尾气；
（2）漂白粉将在U形管中产生，是氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯酸钙、水；其化学方程式为：2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O；
故答案为：2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O；
（3）①温度较高时氯气与消石灰反应生成Ca（ClO₃）₂，为避免此副反应的发生，用冰水或冷水冷却；
a、当温度低时，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙和次氯酸钙；当温度高时，生成氯酸钙和氯化钙，刚开始反应时，温度较低，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙和次氯酸钙，所以图2中曲线I表示离子ClO^-的物质的量随反应时间变化的关系；
b、根据氧化还原反应中得失电子数相等计算氯离子的物质的量，设氯离子的物质的量为n，则n×1=0.10mol×1+0.05mol×5=0.35mol，含氯元素的物质的量=0.35mol+0.1mol+0.05mol=0.5mol，氯化钙、次氯酸钙、氯酸钙中钙离子和含氯离子的个数比为1：2，所以所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物质的量为0.25mol；
c、取一份与②等物质的量的石灰乳，物质的量为0.25mol，根据氧化还原反应中得失电子数相等，生成氯离子得到电子和生成次氯酸根和氯酸根失去的电子守恒，设n（ClO^-）=x，n（ClO₃^-）=y；则得到：①0.37=x×1+y×5；依据氯化钙、次氯酸钙、氯酸钙中钙离子和含氯元素的物质的量比为1：2，得到氯元素物质的量为0.5mol；②x+y+0.37=0.5；①②联立得到：
x=0.07mol，y=0.06mol；则n（ClO^-）/n（ClO₃^-）=7：6；
故答案为：将U型管置于冷水浴中；ClO^-；0.25；7：6
②装置中无氯气的除杂装置，挥发出的氯化氢会和氢氧化钙反应，反应的化学方程式为：2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O；需要在发生装置和U型管之间放饱和氯化钠溶液，吸收氯气中的氯化氢气体；
故答案为：2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O；发生装置和U型管之间放饱和氯化钠溶液．

点评：本题考查了浓硫酸的性质、常见气体检验的方法和操作顺序、对实验原理的理解等，实验室制漂白粉的装置分析和制备条件判断，温度不同产物不同，需要注意检验的顺序．方法类似于SO₂中CO₂的鉴别．先用品红检验SO₂的存在，然后用酸性高锰酸钾溶液吸收，再用品红检验SO₂是否吸收完全，然后通过澄清石灰水检验CO₂．通过氧化还原反应的电子守恒计算应用是，图象分析是解题关键，实验装置和步骤的分析需要熟练掌握实验基本操作，难度中等．