Question

12．某小组欲探究Cl₂的化学性质，设计以下反应实验Cl₂+KOH+KI→KIO_X+KCl+H₂O（未配平）
Ⅰ【实验方案】实验装置如图

A  MnO₂      B  饱和食盐水     C  KI、KOH混合溶液    D  AgNO₃溶液
E  NaOH溶液       F 浓盐酸
（1）仪器A的名称蒸馏烧瓶，制备时加入MnO₂应多余理论量，其原因是氯气过量有利于反应充分进行，装置A、B中氯气有残留
（2）当D装置中出现浑浊（或有白色沉淀） 时，停止加热．
Ⅱ【检验产物】
①精确取C中液体20.00mL（均匀）于锥形瓶中，加入KI（过量）和足量稀硫酸
②向上述锥形瓶中滴加淀粉指示剂，溶液变蓝，用0.5000mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定至蓝色刚好褪去，耗Na₂S₂O₃溶液25.20mL．
已知：原C中KI的浓度为0.1000mol/L；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-
（1）写出①的离子反应方程式（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O
（2）计算，x=3.15，其与理论值相比偏高（高或低），主要原因是C中有残余氯气，会氧化KI生成I₂
（3）若想修正此误差，可采取的方法是加热煮沸所取的20.00mL液体，赶走溶在其中的氯气
Ⅲ【探究反思】
同学甲提出反应历程猜想
①Cl₂先和 I^-反应生成I₂，I₂再和Cl₂反应生成 IO_X^-
②Cl₂先和 OH^-反应生成 ClO^-，ClO^-氧化I^-直接生成IO_X^-
（1）甲同学在KI、KOH混合溶液中加入淀粉指示剂，滴入一滴新制氯水后，溶液迅速变蓝，他认为此现象可证实猜想①
（2）甲同学想测滴入氯水后用pH试纸测溶液pH，从pH变化以进一步证实猜想．乙同学认为应用pH计实验．pH试纸不宜使用的原因是溶液为蓝色，影响pH试纸颜色观察
（3）不断加入氯水，由pH计测得数据作图如下，请分别写出图象对应的猜想．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根据氧气A的构造可知其名称为蒸馏烧瓶；根据装置中有残留氯气，且氯气过量有利于反应充分进行角度进行分析；
（2）D装置盛放的是硝酸银溶液，用于判断氯气是否过量，当D中有白色沉淀生成时，则氯气已经过量，应该停止加热；
Ⅱ．（1）I^-和IO_X^-在酸性条件下反应生成碘单质，根据化合价变化配平该反应的离子方程式；
（2）根据消耗的硫代硫酸钠的物质的量及反应方程式计算出生成碘单质的物质的量，结合方程式计算出消耗碘酸根离子的物质的量；根据原C溶液中碘化钾的浓度可知生成碘酸根离子浓度，从而得出x；理论上x应该为3，根据计算结果判断偏高还是偏低，并分析造成该结果的原因；
（3）通过加热的方法可以刚走装置中氯气；
Ⅲ．（1）滴入一滴新制氯水后，溶液迅速变蓝，说明氯气先将碘离子氧化成碘单质；
（2）碘单质遇到淀粉显示蓝色，影响观察pH的颜色；
（3）第一个图象中溶液pH在开始阶段不变，一段时间后溶液pH减小，第二个图象中溶液的pH在开始阶段就逐渐减小，说明氢氧根离子参与了反应，据此结合猜想进行判断．

解答 解：Ⅰ．（1）根据图示可知，A的名称为蒸馏烧瓶；反应Cl₂+KOH+KI→KIO_X+KCl+H₂O中，氯气过量有利于反应充分进行，且装置A、B中氯气有残留，所以制备时加入的MnO₂应大于理论量，
故答案为：蒸馏烧瓶；氯气过量有利于反应充分进行，装置A、B中氯气有残留；
（2）当氯气过量时，装置D中硝酸银溶液会变浑浊，所以当D中出现浑浊（或有白色沉淀）时，停止加热，
故答案为：浑浊（或有白色沉淀）；
Ⅱ．（1）I^-和IO_X^-在酸性条件下反应生成碘单质，IO_X^-中碘元素的化合价为（2x-1）价，反应后变为0价，化合价变化为（2x-1），碘离子的化合价为-1，反应后变为0价，化合价变化为1，则碘离子的系数为（2x-1），IO_X^-的系数为1，然后根据质量守恒配平可得：（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O，
故答案为：（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O；
（2）0.5000mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定至蓝色刚好褪去，耗Na₂S₂O₃溶液25.20mL，消耗硫代硫酸钠的物质的量为：0.5000mol/L×0.0252L=0.0126mol，根据反应I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可知，消耗碘单质的物质的量为：0.0126mol×$\frac{1}{2}$=0.0063mol，
原C中KI的浓度为0.1000mol/L，根据质量守恒，反应后生成IO_X^-的浓度也是0.1000mol/L，则20mL该溶液中含有IO_X^-的物质的量为：0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，根据反应：（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O可知0.002molIO_X^-完全反应生成碘单质的物质的量为：0.002mol×x=0.0063mol，解得：x=3.15；理论上x应该为3，所以比理论值偏高；可能是装置C中有残余氯气，会氧化KI生成I₂，导致x偏高，
故答案为：3.15； 偏高；C中有残余氯气，会氧化KI生成I₂；
（3）装置C反应后的溶液中含有氯气会影响测定结果，可加热煮沸所取的20.00mL液体，赶走溶在其中的氯气，
故答案为：加热煮沸所取的20.00mL液体，赶走溶在其中的氯气；
Ⅲ．（1）甲同学在KI、KOH混合溶液中加入淀粉指示剂，滴入一滴新制氯水后，溶液迅速变蓝，则反应历程为Cl₂先和I^-反应生成I₂，所以猜想①正确，
故答案为：①；
（2）氯气将碘离子氧化成碘单质，碘单质遇到淀粉显示蓝色，干扰了观察pH的颜色变化，所以不能使用pH，应该选用pH计，
故答案为：溶液为蓝色，影响pH试纸颜色观察；
（3）根据图象可知，第一个图象中，在开始阶段溶液的pH不变，之后溶液的pH逐渐减小，这与猜想①“Cl₂先和 I^-反应生成I₂，I₂再和Cl₂反应生成 IO_X^-
”一致，所以该图象证明猜想①成立；
第二个图象中，通入氯气后溶液pH立刻下降，与猜想②“Cl₂先和 OH^-反应生成 ClO^-，ClO^-氧化I^-直接生成IO_X^-”一致，所以该图象证明猜想②成立，
故答案为：①； ②．

点评 本题考查了性质实验方案的设计与评价，题目难度中等，明确实验目的及实验原理为解答关键，试题侧重考查学生的分析、理解能力及逻辑推理能力，注意掌握物质性质实验方案设计与评价原则．