Question

20．为验证氧化性：Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂，某小组用下图所示装置进行实验（夹持仪器和A中的加热装置已略，气密性已经检验完毕）

实验过程：
Ⅰ．打开弹簧夹K₁-K₄，通入一段时间N₂，再将T型导管插入B中，继续通入N₂，然后关闭K₁、K₃、K₄．
Ⅱ．打开活塞a，滴加一定量的浓盐酸，给A加热．
Ⅲ．当B中的溶液变黄时，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K₃、活塞c，加入70%的硫酸，一段时间后夹紧弹簧夹K₃．
Ⅵ．更新试管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氧气
（2）棉花中浸润的溶液为氢氧化钠溶液
（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%的硫酸支取SO₂，反应速率比用98%的硫酸块，原因是70%的硫酸中的H⁺的浓度比98%的硫酸中的H⁺的浓度大
（5）过程Ⅳ中检验B溶液中是否含有硫酸根的操作是取少量B溶液于试管中，加入足量的稀盐酸酸化，在滴加几滴氯化钡溶液，若有白色沉淀生成，证明溶液B中有硫酸根
（6）甲、乙、丙三位同学分别完成了上述实验，他们的检测结果一定能够证明氧化Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂的是乙丙

	过程ⅣB溶液中含有的离子	过程ⅥB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+

（7）进行实验过程Ⅴ时，B中的溶液颜色由黄色变为红棕色，停止通气，放置一段时间后溶液颜色变为浅绿色．
查阅资料：Fe^2+（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）
提出假设：FeCl₃和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）的混合颜色．
某同学设计如下实验，证实该假设的成立：

溶液E和F分别是Na₂SO₃溶液、FeCl₃溶液
请用化学平衡原理解释步骤3红棕色溶液变为浅绿色的原因反应2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向进行，溶液变为浅绿色．

Answer 1

分析 A装置为制取氯气的装置，B装置为氯气氧化亚铁离子的装置，B中盛放氯化亚铁溶液，C装置制备二氧化硫．
（1）装置中存在氧气，会氧化亚铁离子，在溶液中可以氧化二氧化碳；
（2）Cl₂、SO₂有毒污染空气，应有尾气处理；
（3）浓盐酸与二氧化锰再加热条件下反应生成氯化锰、氯气与水；
（4）浓硫酸溶液中溶质主要以硫酸分子形成存在，电离出的氢离子少浓度低；
（5）用稀盐酸酸化，再用氯化钡溶液检验；
（6）氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物，也强于还原剂的氧化性；
甲．B可能有存在溶解的氯气氧化SO₂；
乙．B中存在Fe³⁺、Fe²⁺，说明Cl₂氧化性强于Fe³⁺，且没有Cl₂剩余，后有SO₄^2-能说明Fe³⁺氧化性强于SO₂；丙．B中存在Fe³⁺，说明Cl₂氧化性强于Fe³⁺，后生成了Fe²⁺，只能是Fe³⁺被SO₂还原；
（7）根据假设和实验应先生成FeSO₃，再和FeCl₃混合，所以分别加入 Na₂SO₃溶液、FeCl₃溶液，溶液变为浅绿色说明生成了Fe²⁺，即2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向进行，溶液变为浅绿色．

解答 解：（1）装置中存在氧气，会对实验结果产生影响，故先排尽装置中的空气，
故答案为：排出装置中的氧气；
（2）Cl₂、SO₂有毒污染空气，应有尾气处理，装置中的棉花需要浸润强碱溶液吸收Cl₂、SO₂，
故答案为：氢氧化钠溶液；
（3）制备氯气的反应方程式为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4HCl（浓）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（4）反应速率的影响因素有温度、浓度、催化剂、接触面积等，题中只有浓度不同，浓硫酸溶液中溶质主要以硫酸分子形成存在，电离出的氢离子少浓度低，70%的硫酸中的H⁺的浓度比98%的硫酸中的H⁺的浓度大，反应速率快，
故答案为：70%的硫酸中的H⁺的浓度比98%的硫酸中的H⁺的浓度大；
（5）检验B溶液中是否含有硫酸根的操作是：取少量B溶液于试管中，加入足量的稀盐酸酸化，在滴加几滴氯化钡溶液，若有白色沉淀生成，证明溶液B中有硫酸根，
故答案为：取少量B溶液于试管中，加入足量的稀盐酸酸化，在滴加几滴氯化钡溶液，若有白色沉淀生成，证明溶液B中有硫酸根；
（6）理论依据是氧化还原反应中氧化剂的氧化性强于氧化产物，也强于还原剂的氧化性；
甲．B可能有存在溶解的氯气氧化SO₂，故错误；
乙．B中存在Fe³⁺、Fe²⁺，说明Cl₂氧化性强于Fe³⁺，且没有Cl₂剩余，故后有SO₄^2-能说明Fe³⁺氧化性强于SO₂，故正确；
丙．B中存在Fe³⁺，说明Cl₂氧化性强于Fe³⁺，后生成了Fe²⁺，只能是Fe³⁺被SO₂还原，故正确．‘
故选：乙丙；
（7）根据假设和实验应先生成FeSO₃，再和FeCl₃混合，所以分别加入 Na₂SO₃溶液、FeCl₃溶液；溶液变为浅绿色说明生成了Fe²⁺，即2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向进行，溶液变为浅绿色，
故答案为：Na₂SO₃溶液；FeCl₃溶液；反应2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向进行，溶液变为浅绿色．

点评 本题是综合化学实验题，考查实验的具体操作步骤、操作目的、原理、微粒的检验及分析等有关问题，有利于培养学生的分析推理、思维缜密等，是对学生综合能力的考查，难度较大．