Question

20．为了测定含氰废水中CN^-的含量，某化学小组利用图1所示装置进行实验．关闭活塞a，将100mL含氰废水与过量NaClO溶液置于装置B的圆底烧瓶中充分反应后，打开活塞b，滴入稀H₂SO₄溶液，然后关闭活塞b．

已知装置B中发生的主要反应为：
CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-
2CNO?+2H⁺+3C1O^-═N₂↑+2CO₂↑+3C1^-+H₂O
副反应为：Cl^-+ClO^-+2H⁺=C1₂↑+H₂O
（1）装置D的作用是防止空气中的CO₂和水蒸气进入C装置．
（2）反应过程中，装置C中的实验现象为有白色沉淀生成，溶液的红色逐渐褪色．
（3）待装置B中的反应结束后，打开活塞a，缓慢通入一段时间的空气，目的是将反应产生的CO₂全部排入C装置并被Ba（OH）₂完全吸收
（4）反应结束后，装置C中生成39.4mg沉淀，则废水中c（CN^-）=0.002mol•L^-1．
（5）对上述实验装置进行合理改进，可通过直接测量装置C反应前后的质量变化，测定废水中CN^-的含量．设计合理实验方案在装置B、C之间依次连接盛有CCl₄、浓硫酸的洗气瓶．
仪器自选．
供选的试剂：浓硫酸、NaOH溶液、饱和食盐水、饱和NaHCO₃溶液、CCl₄．
（6）利用图2所示装置可以除去废水中的CN^-．控制溶液pH为5.2～6.8时，CN^-转化为  C₂O₄^2-和NH₄⁺．
①NH₄⁺的电子式．
②气体a的化学式为H₂．
④阳极的电极反应式为2CN^-+4H₂O-2e^-=C₂O₄^2-+2NH₄⁺．

Answer 1

分析 （1）实验的原理是利用CN^-+ClO^-═CNO+Cl^-；2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O，通过测定C装置的质量的变化测得二氧化碳的质量，根据关系式计算含氰废水处理百分率，实验中应排除空气中二氧化碳的干扰；
（2）滴有酚酞的氢氧化钡溶液呈红色，二氧化碳通入和氢氧化钡反应生成碳酸钡白色沉淀，氢氧根离子浓度减小，溶液红色会逐渐褪去；
（3）反应结束后，缓缓通入空气，可将生成的二氧化碳全部被吸收；
（4）依据反应CN^-+ClO^-=CNO^-+Cl^-，2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O，CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O，结合定量关系计算；
（5）通过直接测量装置C反应前后的质量变化，实验中应排除水蒸气、氯气和空气中二氧化碳的干扰，需要除去氯气的洗气装置和对二氧化碳气体干燥的干燥装置；
（6）NH₄⁺是多原子构成的阳离子，电子式要加中括号和电荷；利用如图2所示装置可以除去废水中的CN^-．控制溶液PH为5.2--6.8时，CN^-转化为C₂O₄^2-和NH₄⁺．变化过程是在电解池阳极上CN-失电子发生氧化反应转化为C₂O₄^2-和NH₄⁺，阴极上是氢离子得到电子生成氢气．

解答 解：（1）实验的原理是利用CN^-+ClO^-═CNO+Cl^-；2CNO^-+2H⁺+3ClO^-═N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O，通过测定碱石灰的质量的变化测得二氧化碳的质量，根据关系式计算含氰废水处理百分率，实验中应排除空气中二氧化碳的干扰，防止对装置C实验数据的测定产生干扰，装置D的作用是排除空气中二氧化碳对实验的干扰，
故答案为：防止空气中的CO₂和水蒸气进入C装置；
（2）滴有酚酞的氢氧化钡溶液呈红色，二氧化碳通入和氢氧化钡反应生成碳酸钡白色沉淀，氢氧根离子浓度减小，溶液红色会逐渐褪去，
故答案为：有白色沉淀生成，溶液的红色逐渐褪色；
（3）反应后装置中残留二氧化碳，应继续通过将净化的空气，将装置内的残留的二氧化碳全部进入装置C并被Ba（OH）₂完全吸收，以减少实验误差，
故答案为：将反应产生的CO₂全部排入C装置并被Ba（OH）₂完全吸收；
（4）依据反应CN^-+ClO^-=CNO^-+Cl^-，2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O，CO₂+Ba（OH）₂=BaCO₃↓+H₂O得到，装置C中生成39.4mg沉淀为BaCO₃↓物质的量=$\frac{39.4×1{0}^{-3}g}{197g/mol}$=2×10^-4mol
CN^-+～CNO^-～CO₂～BaCO₃↓
1 1
c（CN_-）=$\frac{2×1{0}^{-4}mol}{0.1L}$=0.002mol/L，
故答案为：0.002；
（5）通过直接测量装置C反应前后的质量变化，实验中应排除水蒸气、氯气和空气中二氧化碳的干扰，需要除去氯气的洗气装置和对二氧化碳气体干燥的干燥装置，在装置B、C之间依次连接盛有CCl₄、浓硫酸的洗气瓶，
故答案为：在装置B、C之间依次连接盛有CCl₄、浓硫酸的洗气瓶；
（6）利用如图2所示装置可以除去废水中的CN^-．控制溶液PH为5.2--6.8时，CN^-转化为C₂O₄^2-和NH₄⁺．变化过程是在电解池阳极上CN-失电子发生氧化反应转化为C₂O₄^2-和NH₄⁺，阴极上是氢离子得到电子生成氢气；
①NH₄⁺是多原子构成的阳离子，电子式要加中括号和电荷，其电子式为：，
故答案为：；
②分析可知气体a是阴极上氢离子得到电子生成的氢气，
故答案为：H₂；
③在电解池阳极上CN-失电子发生氧化反应转化为C₂O₄^2-和NH₄⁺，电极反应为：2CN^-+4H₂O-2e^-=C₂O₄^2-+2NH₄⁺，
故答案为：2CN^-+4H₂O-2e^-=C₂O₄^2-+2NH₄⁺．

点评 本题综合考查物质含量的测定的实验设计，以氯气的性质为载体考查化学实验设计和评价问题，题目难度中等，注意把握实验原理和实验方法．