Question

13．NCl₃可用于漂白，也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，可与水反应．实验室中可用氯气和氨气反应制取NCl₃，反应方程式为4NH₃+3C1₂═NCl₃+3NH₄Cl．某校化学兴趣小组同学设计了如图1所示的实验装置（NH₄Cl的分解温度为300℃左右）．

回答下列问题：
（1）写出装置F中的烧瓶内发生反应的离子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）E中的试剂为饱和食盐水．
（3）导管G末端应连接的装置为图2中的C（填选项字母）．
（4）NCl₃遇水可发生水解反应生成两种物质，其中一种是可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，写出NCl₃水解的化学方程式：NCl₃+3H₂O=NH₃↑+3HClO．
（5）已知C中生成的NH₄Cl溶解在NCl₃中，欲将二者分离可采取的操作方法为在低于95℃条件下，水浴加热蒸馏（收集70℃）．
（6）NH₄Al（SO₄）₂也可用于自来水的净化．
①NH₄Al（SO₄）₂溶液中离子浓度由大到小的顺序为c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）．
②向NH₄Al（SO₄）₂溶液中滴加氨水至溶液呈中性，在此过程中水的电离程度减小（填“增大”“减小”或“不变”）．
③常温下，将a mol NH₄Al（SO₄）₂：加入到b L c mol/L的氨水中，所得溶液呈中性，此时溶液中c（Al³⁺）≈0mol/L，计算该温度下NH₃•H₂O的电离常数$\frac{4a×1{0}^{-7}}{bc-3a}$（用含字母的代数式表示，忽略溶液体积变化）．

Answer 1

分析 实验室中可用氯气和氨气反应制取NCl₃：F装置制取氯气，用浓盐酸与MnO₂ 在加热的条件下进行，离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，浓盐酸易挥发，制得的氯气中含有氯化氢和水蒸气，E装置除去氯气中的氯化氢，D装置干燥氯气，A装置制备氨气，C装置制得NCl₃，导管G既能吸收可能过量的氯气和氨气，又能防止水进入C装置．
（1）浓盐酸和二氧化锰在加热条件下能发生氧化还原反应生成氯化锰、氯气、水；
（2）浓盐酸易挥发，制得的氯气中含有氯化氢，氯化氢溶于饱和食盐水，氯气难溶；
（3）选择的装置需满足既能吸收可能过量的氯气和氨气，又能防止水进入C装置；
（4）可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，根据质量守恒判断反应的化学方程式；
（5）NCl₃熔点为-40℃，沸点为70℃，95℃以上易爆炸，NH₄Cl溶解在NCl₃中，可利用沸点不同采用蒸馏的方法分离；
（6）①根据题中所给的化学式，利用铵根和铝离子水解进行解答；
②铝离子和铵根离子水解促进了水的电离，但铝离子能和氨水反应生成沉淀，参与水解的离子浓度变小；
③反应平衡时溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），平衡时溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=$\frac{4a}{b}$mol/L，根据物料守恒得n（NH₃．H₂O）=（a+bc-4a）mol=（bc-3a）mol，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$，由此分析解答．

解答 解：（1）在酸性条件下MnO₂氧化Cl^-，二氧化锰被还原成+2价的锰离子，氯离子被还原成单质氯气，二氧化锰与浓盐酸加热生成氯气、氯化锰和水，离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）浓盐酸制取的氯气中含有氯化氢和水蒸气杂质，应用饱和的食盐水除掉氯化氢，当含氯化氢的氯气通过饱和食盐水时，氯化氢溶解在其中，氯气几乎不溶，
故答案为：饱和食盐水；
（3）G连接的装置既能吸收可能过量的氯气和氨气，又能防止水进入C装置，图2中的C有干燥、倒吸装置，符合要求，
故答案为：C；
（4）可使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体为氨气，则NCl₃水解的化学方程式为：NCl₃+3H₂O=NH₃↑+3HClO，
故答案为：NCl₃+3H₂O=NH₃↑+3HClO．
（5）因为氯化铵在NCl₃中溶解，而NCl₃沸点比较低易挥发，因此应采用蒸馏的方法，但由于高于95℃时NCl₃易爆炸，因此应采用水浴加热的方法，进行蒸馏，控制温度只要介于70-95℃之间即可，
故答案为：在低于95℃条件下，水浴加热蒸馏（收集70℃）；
（6）①铵明矾晶体的化学式为NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，在铵明矾的水溶液中，未水解前，c（Al³⁺）=c（NH₄⁺），由于铵根和铝离子均水解，水解结合水电离出的氢氧根离子，故水解后浓度均变小，且呈酸性，由于氨水的碱性强于氢氧化铝，铝离子水解程度大于铵根离子，溶液中c（Al³⁺）＜c（NH₄⁺），所以离子浓度为c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案为：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
②在NH₄Al（SO₄）₂溶液中铝离子和铵根离子水解促进了水的电离，当加入氨水时，氨水与铝离子反应，c（Al³⁺）变小，所以在此过程中水的电离程度减小，
故答案为：减小；
③反应平衡时溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），平衡时溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=$\frac{4a}{b}$mol/L，根据物料守恒得n（NH₃．H₂O）=（a+bc-4a）mol/L，根据电荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的电离常数K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×\frac{4a}{b}}{\frac{bc-3a}{b}}$=$\frac{4a×1{0}^{-7}}{bc-3a}$，
故答案为：$\frac{4a×1{0}^{-7}}{bc-3a}$．

点评 本题考查工艺流程、物质制备、盐类水解、物质的分离提纯、电离平衡等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．