Question

9．某实验小组用如图装置制备家用消毒液，并探究其性质．
反应停止后，取洗气瓶中无色溶液5mL分别进行了如下实验：

操作	现象
a．测溶液pH，并向其中滴加2滴酚酞	pH=13，溶液变红，5min后褪色
b．向其中逐滴加入盐酸	溶液逐渐变成黄绿色

（1）写出利用上述装置制备消毒液涉及反应的化学方程式4HCl+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cl₂↑+MnCl₂+2H₂O、Cl₂+2NaOH═NaClO+NaCl+H₂O．
（2）查阅资料：酚酞的变色范围为8.2～10，且酚酞在强碱性溶液中红色会褪去为探究操作a中溶液褪色的原因，又补充了如下实验：

操作	现象
取5mL pH=13NaOH溶液，向其中滴加2滴酚酞	溶液变红，30min后褪色

获得结论：此实验小组制备的消毒液具有漂白性．
（3）该小组由操作b获得结论：随着溶液酸性的增强，此消毒液的稳定性下降．
①操作b中溶液变成黄绿色的原因：2H⁺+ClO^-+Cl^-═Cl₂↑+H₂O（用离子方程式表示）．
②有同学认为由操作b获得上述结论并不严谨，需要进一步确认此结论的实验方案是取洗气瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入硫酸，观察溶液是否逐渐变为黄绿色．
（4）有效氯的含量是检测含氯消毒剂消毒效果的重要指标．具体用“单位质量的含氯消毒液在酸性条件下所能释放出氯气的质量”进行表征，一般家用消毒液有效氯含量在5%以上．小组同学进行如下实验测定有效氯：
取此消毒液5g，加入20mL 0.5mol•L^-1KI溶液，10mL 2mol•L^-1的硫酸溶液；加几滴淀粉溶液后，用0.1mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂，达滴定终点时消耗Na₂S₂O₃20mL．（已知：2S₂O₃^2-+I₂═S₄O₆^2-+2I^-）
①达到滴定终点时的实验现象是溶液蓝色褪去且半分钟内不恢复．
②此消毒液有效氯含量为1.42%%．

Answer 1

分析 制备家用消毒液，并探究其性质：装置A：盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯气、氯化锰和水，4HCl+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cl₂↑+MnCl₂+2H₂O，装置B：氯气和氢氧化钠反应：
Cl₂+2NaOH═NaClO+NaCl+H₂O，制得消毒液，氯气有毒，尾气需用氢氧化钠吸收．
（1）制备消毒液涉及反应为制取氯气，氯气和碱反应生成消毒液；
（2）同体积、同PH=13的溶液中，30min后褪色，而消毒液，5min后褪色，通过对比实验，得出此实验小组制备的消毒液具有漂白性；
（3）①操作b中溶液变成黄绿色为氯气，是因为氯离子、次氯酸根离子在酸性条件下发生氧化还原反应，生成氯气；
②用硫酸代替盐酸，据此判断是否为氯元素的价态归中生成氯气；
（4）①碘单质遇淀粉显示蓝色，根据滴定终点碘单质消耗，判断颜色变化；
②ClO^-具有强氧化性，酸性条件下，将I^-氧化为I₂，自身被还有为Cl^-，同时生成H₂O，发生离子反应为：2I^-+ClO^-+2H⁺=I₂+Cl^-+H₂O，结合2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，2H⁺+ClO^-+Cl^-═Cl₂↑+H₂O，可得关系式2Cl₂～2ClO^-～2I₂～4Na₂S₂O₃，据此计算单位质量的含氯消毒液在酸性条件下所能释放出氯气的质量，进而计算此消毒液有效氯含量．

解答 解：（1）消毒液的主要成分为次氯酸钠，利用上述装置制备消毒液，首先在装置A：盐酸和二氧化锰在加热条件下反应生成氯气、氯化锰和水，4HCl+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cl₂↑+MnCl₂+2H₂O，其次在装置B：氯气和氢氧化钠反应：Cl₂+2NaOH═NaClO+NaCl+H₂O，制得消毒液，
故答案为：4HCl+MnO₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Cl₂↑+MnCl₂+2H₂O；Cl₂+2NaOH═NaClO+NaCl+H₂O；
（2）酚酞在强碱性溶液中红色会褪去，但同样体积、同PH值的氢氧化钠溶液，滴加2滴酚酞溶液变红，30min后褪色，而消毒液，pH=13，溶液变红，5min后褪色，褪色时间短，说明此实验小组制备的消毒液具有漂白性，
故答案为：5mL pH=13；漂白性；
（3）①次氯酸根中氯为+1价，氯离子为-1价，在酸性条件下发生归中反应，生成氯气，反应为：2H⁺+ClO^-+Cl^-═Cl₂↑+H₂O，黄绿色气体为氯气，
故答案为：2H⁺+ClO^-+Cl^-═Cl₂↑+H₂O；
②操作b中溶液变成黄绿色，有同学认为氯元素的价态归中生成氯气结论并不严谨，需要进一步确认此结论，可由硫酸替代酸性条件，取洗气瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入硫酸，观察溶液是否逐渐变为黄绿色，若没有，操作b获得上述结论严谨，
故答案为：取洗气瓶中溶液5mL，向其中逐滴加入硫酸，观察溶液是否逐渐变为黄绿色；
（4）①碘单质遇淀粉显示蓝色，用0.1mol•L^-1Na₂S₂O₃溶液滴定生成的I₂，溶液蓝色褪去且半分钟内不恢复，达到滴定终点，
故答案为：溶液蓝色褪去且半分钟恢复；  
②ClO^-具有强氧化性，酸性条件下，将I^-氧化为I₂，自身被还有为Cl^-，同时生成H₂O，发生离子反应为：2I^-+ClO^-+2H⁺=I₂+Cl^-+H₂O，结合2Na₂S₂O₃+I₂=Na₂S₄O₆+2NaI，可得关系式2ClO^-～2I₂～4Na₂S₂O₃，有效氯指单位质量的含氯消毒液在酸性条件下所能释放出氯气的质量，2H⁺+ClO^-+Cl^-═Cl₂↑+H₂O，根据2ClO^-～2Cl₂～4Na₂S₂O₃，$\frac{0.1mol/L×20×1{0}^{-3}L}{\frac{4}{5g}}×2×71g/mol$×100%=1.42%，
故答案为：1.42%．

点评 本题以消毒液考查物质的成分及含量的探究，明确物质的性质及发生的化学反应为解答的关键，注意计算中量的关系为解答的易错点，题目难度中等．