Question

未来生活中金属钛的运用越来越广泛，如可在催化剂TiO₂作用下，先用NaClO将CN^-（毒性很强）氧化成CNO^-，再在酸性条件下继续被NaClO氧化成N₂和CO₂．环保工作人员在密闭系统中用如图装置进行实验，以证明处理方法的有效性，并通过测定二氧化碳的量确定CN^-被处理的百分率．将浓缩后含CN^-离子的污水与过量NaClO溶液的混合液共200mL（其中CN^-的浓度为0.05mol?L^-1）倒入甲中，塞上橡皮塞，一段时间后，打开橡皮塞和活塞，使溶液全部放入乙中，关闭活塞．回答下列问题：
（1）中反应的离子方程式为

 

（2）乙中生成的气体除N₂和CO₂外，还有HCl及副产物Cl₂等，上述实验是通过测定二氧化碳的量来确定对CN^-的处理效果．则丙中加入的除杂试剂是

 

（填字母）
a．饱和食盐水   b．饱和NaHCO₃溶液  c．浓NaOH溶液   d．浓硫酸
（3）丁在实验中的作用是

 

，装有碱石灰的干燥管的作用是

 

（4）戊中盛有含Ca（OH）₂0.02mol的石灰水，若实验中戊中共生成0.82g沉淀，则该实验中测得CN^-被处理的百分率等于

 

，请说明该测得值与实际处理的百分率相比偏高还是偏低

 

？简要说明可能的原因

 

．
（5）请提出一个能提高准确度的建议（要有可操作性，不宜使操作变得过于复杂）

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验设计题

分析：（1）根据题意可知，甲中的反应为NaClO将CN^-离子氧化成CNO^-；乙中的反应为酸性条件下CNO^-与NaClO反应生成N₂、CO₂和Cl₂，根据氧化还原反应配平；
（2）根据装置可知，通过测定二氧化碳的量来确定对CN^-的处理效果，需要除去氯气和氯化氢，其中装置丙用于除去氯化氢，装置丁用于除去氯气，据此判断丙中选用试剂；
（3）装置丁为加热的铜网，目的是除去混合气体中的氯气；碱石灰的作用吸收吸收空气中的二氧化碳，避免影响二氧化碳的测定；
（4）根据碳原子守恒，计算出被处理的CN^-的物质的量，再利用200mL（其中CN^-的浓度0.05mol/L）求出CN^-被处理的百分率；处理的百分率偏低，说明反应生成二氧化碳没有完全生成碳酸钙沉淀，据此判断可能原因；
（5）根据可能导致吸收率偏低的原因找出能提高准确度的建议．

解答： 解：（1）根据题意可知，甲中的反应为NaClO将CN^-离子氧化成CNO^-，NaClO具有强氧化性，被还原为Cl^-，反应离子方程式为：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；乙中的反应为酸性条件下CNO^-与NaClO反应生成N₂、CO₂和Cl₂，反应离子方程式为：2CNO^-+6ClO^-+8H⁺═N₂↑+2CO₂↑+3Cl₂↑+4H₂O，
故答案为：CN^-+ClO^-=CNO^-+Cl^-、2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O；
（2）乙中生成的气体除N₂和CO₂外，还有HCl及副产物Cl₂等，上述实验是通过测定二氧化碳的量来确定对CN^-的处理效果，则除杂过程中既能除去杂质，不能导致二氧化碳的量发生变化，所以测量二氧化碳的质量前需要除去混合气体中的氯化氢和氯气，则装置丙的目的是除去氯化氢，可以选用饱和食盐水，所以a正确，
故答案为：a；
（3）根据（2）的分析可知，装置丁的目的除去混合气体中含有的氯气；装置戊的作用是测量生成二氧化碳的量，必须防止空气的二氧化碳加入装置戊，所以装有碱石灰的干燥管的作用是吸收空气中的二氧化碳，防止防止空气中CO₂进入戊中影响测定准确度，
故答案为：去除Cl₂；防止空气中CO₂进入戊中影响测定准确度；
（4）200mL（其中CN^-的浓度0.05mol/L）混合液中含有的CN^-的物质的量是：0.2L×0.05mol/L=0.01mol，根据碳原子守恒，最多生成0.01mol二氧化碳，所以石灰水过量，生成的碳酸钙的物质的量是：

0.82g

100g/mol

=0.0082mol，反应生成的二氧化碳的物质的量为0.0082mol，
则CN^-的物质的量是为0.0082mol，CN^-被处理的百分率是：

0.0082mol

0.01mol

×100%=82%；
该测得值与工业实际处理的百分率相比总是偏低，可能的原因有：①装置乙、丙、丁中可能滞留有CO₂、②CO₂产生丁速度较快未与戊中丁澄清石灰水充分反应、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等，
故答案为：82%；偏低；①装置乙、丙、丁中可能滞留有CO₂、②CO₂产生丁速度较快未与戊中丁澄清石灰水充分反应、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等；
（5）能提高准确度的建议有：建议一：不将甲中溶液一次全部加入乙中，改为分次加入，控制CO₂的产生速度；建议二：乙中瓶塞改为三孔塞，增加丁那个孔中插入一根导管到液面以下，反应结束后缓缓通入除去CO₂的空气，使装置中滞留的CO₂尽可能多到与Ca（OH）₂反应；建议三：将戊中澄清石灰水改为浓度较大到NaOH溶液，反应结束后戊中加入足量CaCl₂后测沉淀质量等，
故答案为：建议一：不将甲中溶液一次全部加入乙中，改为分次加入，控制CO₂的产生速度；
建议二：乙中瓶塞改为三孔塞，增加的那个孔中插入一根导管到液面以下，反应结束后缓缓通入除去CO₂的空气，使装置中滞留的CO₂尽可能多的与Ca（OH）₂反应；
建议三：将戊中澄清石灰水改为浓度较大的NaOH溶液，反应结束后向戊中加入足量CaCl₂后测沉淀质量．

点评：本题考查了电镀后的废水中CN^-离子的含量测定，该题是高考中的常见题型，属于中等难度的试题，试题综合性强，侧重对学生能力的培养和训练，有利于培养学生规范严谨的实验设计、操作能力．