Question

14．NCl₃既可用于漂白，又可用于柠檬等水果的熏蒸处理．已知：NCl₃熔点为-40℃，沸点为70℃，95℃以上易爆炸，有刺激性气味，在热水中易水解．实验室可用Cl₂和NH₄Cl溶液反应制取NCl₃．某小组利用如图所示的装置制备NCl₃，并探究NCl₃的漂白性．

回答下列问题：
（1）仪器M中盛放的试剂为浓盐酸．
（2）各装置接口连接的顺序为a、b、c、e、f、d（用小写字母表示）．
（3）当装置B的蒸馏烧瓶中出现较多油状液体后，关闭b处的活塞，应控制水浴加热的温度为70～95℃，装置C的作用为吸收尾气HCl并防止倒吸．
（4）当装置D的锥形瓶内有较多黄色油状液体出现时，用干燥、洁净的玻璃棒蘸取该液体滴到干燥的红色石蕊试纸上，试纸不褪色；若取该液体滴入50～60℃的热水中，片刻后取该热水再滴到干燥的红色石蕊试纸上，则试纸先变蓝后褪色．结合化学方程式解释该现象：在热水中发生的反应为NCl₃+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3HClO+NH₃↑，NCl₃本身无漂白性，但在热水中会水解生成NH₃•H₂O使红色的石蕊试纸变蓝，而生成的HClO又使其褪色．
（5）在pH=4时电解NH₄Cl溶液也可以制得NCl₃，然后利用空气流将产物带出电解槽．电解池中产生NCl₃的电极为阳极（填“阴极”或“阳极”），该电极的电极反应式为3Cl^-+NH₄⁺-6e^-═NCl₃+4H⁺．
（6）NCl₃可与NaClO₂溶液反应制取ClO₂气体，同时产生一种无污染的气体，该反应的化学方程式为2NCl₃+6NaClO═6ClO₂↑+6NaCl+N₂↑．

Answer 1

分析 （1）装置A的作用为制备Cl₂，采用实验室制备Cl₂的方法制备，由MnO₂和浓盐酸反应产生Cl₂，据此分析M中盛放的试剂；
（2）实验室利用Cl₂和NH₄Cl溶液反应制取NCl₃，A装置产生Cl₂，B装置Cl₂和NH₄Cl反应产生NCl₃，D为收集装置，C为尾气处理装置据此解答；
（3）根据NCl₃的理化常数，熔点为-40℃，沸点为70℃，95℃以上易爆炸，判断控制水浴加热的温度范围，装置C为尾气处理装置，反应产生HCl气体，据此分析C的作用；
（4）当装置D的锥形瓶内有较多黄色油状液体出现时，产生的是NCl₃，用干燥、洁净的玻璃棒蘸取该液体滴到干燥的红色石蕊试纸上，试纸不褪色；若取该液体滴入50～60℃的热水中，片刻后取该热水再滴到干燥的红色石蕊试纸上，试纸先变蓝后褪色，考虑到NCl₃在热水中易水解，根据实验现象判断水解产物，据此分析解释原因；
（5）在pH=4时电解NH₄Cl溶液也可以制得NCl₃，根据化合价变化，N从-3价变为+3价，失去电子，在电解池中应为阳极反应，据此写出电极反应式；
（6）NCl₃可与NaClO₂溶液反应制取ClO₂气体，同时产生一种无污染的气体，根据元素守恒分析，这种气体应为N₂，反应为氧化还原反应，据此写出反应的方程式，注意配平．

解答 解：（1）装置A的作用为制备Cl₂，采用实验室制备Cl₂的方法制备，由MnO₂和浓盐酸反应产生Cl₂，M中盛放的是液体试剂，则应为浓盐酸，
故答案为：浓盐酸；
（2）实验室利用Cl₂和NH₄Cl溶液反应制取NCl₃，A装置产生Cl₂，B装置Cl₂和NH₄Cl反应产生NCl₃，D为收集装置，C为尾气处理装置，根据实验原理所要求的先后顺序，则连接装置的顺序从整体上为A→B→D→C，考虑接口处的顺序，则连接装置的顺序为：a、b、c、e、f、d，
故答案为：a、b、c、e、f、d；
（3）根据NCl₃的理化常数，熔点为-40℃，沸点为70℃，95℃以上易爆炸，则应控制水浴加热的温度为：70～95℃，
装置C为尾气处理装置，反应采用浓盐酸反应，会产生一定量的HCl气体，则装置C处理HCl气体，防止污染大气，倒扣的漏斗是防止倒吸，所以装置C的作用为：吸收尾气HCl并防止倒吸，
故答案为：70～95℃；吸收尾气HCl并防止倒吸；
（4）当装置D的锥形瓶内有较多黄色油状液体出现时，产生的是NCl₃，用干燥、洁净的玻璃棒蘸取该液体滴到干燥的红色石蕊试纸上，试纸不褪色；若取该液体滴入50～60℃的热水中，片刻后取该热水再滴到干燥的红色石蕊试纸上，试纸先变蓝后褪色，考虑到NCl₃在热水中易水解，根据实验现象，可以判断NCl₃水解产生NH₃•H₂O，同时产生HClO，使试纸后来褪色，
故答案为：在热水中发生的反应为NCl₃+3H₂O$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$3HClO+NH₃↑，NCl₃本身无漂白性，但在热水中会水解生成NH₃•H₂O使红色的石蕊试纸变蓝，而生成的HClO又使其褪色；
（5）在pH=4时电解NH₄Cl溶液也可以制得NCl₃，根据化合价变化，N从-3价变为+3价，失去电子，在电解池中应为阳极反应，则电解池中产生NCl₃的电极为阳极，阳极的电极反应式为：3Cl^-+NH₄⁺-6e^-═NCl₃+4H⁺，
故答案为：阳极；3Cl^-+NH₄⁺-6e^-═NCl₃+4H⁺；
（6）NCl₃可与NaClO₂溶液反应制取ClO₂气体，同时产生一种无污染的气体，根据元素守恒分析，这种气体应为N₂，反应为氧化还原反应，则该反应的化学方程式为：2NCl₃+6NaClO═6ClO₂↑+6NaCl+N₂↑，
故答案为：2NCl₃+6NaClO═6ClO₂↑+6NaCl+N₂↑．

点评 本题考查无机化合物的性质，NCl₃的水解，实验制备基本流程，氧化还原反应方程式的书写和配平，实验的基本操作要点，题目涉及的知识点较多，考查综合分析能力，也是高频考点，有助于培养化学解题的整体思维和化学知识迁移的能力，不失为一道好题，难度中等．
值得一提的是，本题的背景是NCl₃，也考查了NCl₃的水解，学过大学无机化学的元素化学部分的会知道，NCl3的水解机理是特殊的，解释为，由于N价层不存在d轨道，且体积小，水解时不是O进攻N，而是N上的孤对电子进攻水中的H，产物为NH₃和HOCl，这一点和同族的PCl₃是不同的，PCl₃水解则是O进攻P，显然是由于P价层存在空的d轨道，O上孤对电子可以被容纳，PCl₃水解产物则为H₃PO₃和HCl，对于二者水解机理的不同，在化学竞赛中会强调，也在硕士研究生入学考卷中出现过，可见这个知识点是很有影响力的．