Question

12．某化學(xué)興趣小組的同學(xué)利用下圖所示實驗裝置進(jìn)行實驗（圖中a、b、c表示止水夾）．

請按要求填空：
（1）利用B裝置可制取的氣體有H₂、CO₂（填2種）．
（2）A、C、E相連后的裝置可用于制取Cl₂并進(jìn)行相關(guān)的性質(zhì)實驗．若在丙中加入適量水，即可制得氯水．將所得氯水分成兩份，進(jìn)行Ⅰ、Ⅱ兩個實驗，實驗操作、現(xiàn)象結(jié)論如下：

實驗序號	實驗操作	現(xiàn)象	結(jié)論
Ⅰ	將氯水滴入品紅溶液	溶液褪色	氯氣與水反應(yīng)的產(chǎn)物有漂白性
Ⅱ	氯水中加入 NaHCO3粉末	有無色氣泡產(chǎn)生	氯氣與水反應(yīng)的產(chǎn)物具有較強(qiáng)的酸性

請你評價實驗Ⅰ、Ⅱ的結(jié)論是否合理？若不合理，請說明理由．實驗Ⅰ結(jié)論不合理，因為Cl₂也有氧化性，此實驗無法確定是Cl₂還是HClO漂白；實驗Ⅱ結(jié)論不合理，因為制取的氯氣中含有HCl氣體，HCl溶于水后能與NaHCO₃粉末反應(yīng)產(chǎn)生氣泡
（3）請利用上述A、C裝置設(shè)計一個簡單的實驗，驗證Cl₂和Br₂的氧化性強(qiáng)弱（分別指出甲、乙、丙中盛裝的試劑、實驗現(xiàn)象及結(jié)論）在甲、乙、丙中分別裝入濃鹽酸、MnO₂、NaBr溶液，燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變?yōu)槌壬�，證明Cl₂的氧化性強(qiáng)于Br₂．
（4）B、D、E裝置相連后，在B中盛裝足量濃硝酸和銅片（放在有孔塑料板上），可制得NO₂并進(jìn)行有關(guān)實驗．B中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．欲用D裝置驗證NO₂與水的反應(yīng)，其操作步驟為：先關(guān)閉止水夾a、b，再打開止水夾c，使燒杯中的水進(jìn)入試管丁的操作是雙手緊握（或微熱）試管丁使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管�。�試管丁中的NO₂與一定量的O₂混合后倒插水中，試管$\frac{9}{10}$充滿水，則原試管丁中的混合氣體的平均分子量可能為42.08或44.04．（保留二位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）B裝置為塊狀不溶于水的固體和液體反應(yīng)制取氣體的裝置，并不用加熱，根據(jù)反應(yīng)的特點分析；
（2）氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使品紅溶液褪色，鹽酸易揮發(fā)，制備的氯氣中含有HCl氣體；
（3）驗證Cl^-和Br^-的還原性強(qiáng)弱可根據(jù)反應(yīng)Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂設(shè)計實驗；
（4）濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，與銅反應(yīng)生成二氧化氮氣體，NO₂與水反應(yīng)生成無色氣體NO；NO₂與一定量的O₂混合后倒插水中，剩余氣體為NO或氧氣，以此計算．

解答 解：（1）B裝置為塊狀不溶于水的固體和液體反應(yīng)制取氣體的裝置，并不用加熱，中學(xué)中常見的有H₂、CO₂、NO₂、NO、C₂H₂ H₂S 等，
故答案為：H₂、CO₂；
（2）氯氣與水反應(yīng)生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使品紅溶液褪色，A裝置制備的氯氣中含有HCl氣體，在實驗中沒有進(jìn)行除雜，
HCl溶于水后能與碳酸氫鈉粉末反應(yīng)產(chǎn)生氣泡，所以實驗Ⅰ結(jié)論合理，實驗Ⅱ結(jié)論不合理，
故答案為：實驗Ⅰ結(jié)論不合理，因為Cl₂也有氧化性，此實驗無法確定是Cl₂還是HClO漂白；實驗Ⅱ結(jié)論不合理，因為制取的氯氣中含有HCl氣體，HCl溶于水后能與NaHCO₃粉末反應(yīng)產(chǎn)生氣泡；
（3）驗證Cl^-和Br^-的還原性強(qiáng)弱可根據(jù)反應(yīng)Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂設(shè)計實驗，在A裝置中制備氯氣，生成的氣體通入到裝有溴化鈉溶液的C中，如燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變?yōu)槌壬�，可證明氯氣的氧化性強(qiáng)于溴，則Br^-的還原性強(qiáng)于Cl^-，
故答案為：在甲、乙、丙中分別裝入濃鹽酸、MnO₂、NaBr溶液，燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變?yōu)槌壬�，證明Cl₂的氧化性強(qiáng)于Br₂；
（4）濃硝酸具有強(qiáng)氧化性，與銅反應(yīng)生成二氧化氮氣體，B中反應(yīng)的化學(xué)方程式為Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，D裝置驗證NO₂與水的反應(yīng)，要先關(guān)閉a、b，再打開c，雙手緊握（或微熱）試管丁使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管��；
NO₂和O₂混合氣體的試管倒立于水中，發(fā)生反應(yīng)：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ 最后剩余氣體可能為氧氣，也可能是NO氣體，設(shè)NO₂和O₂混合氣體的物質(zhì)的量為10mol，
若剩余氣體為氧氣，設(shè)參加4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ 反應(yīng)消耗的氧氣為x，則有消耗的NO₂為4x，即：5x=9mol，x=1.8mol．即氧氣為2.8mol，V（NO₂）=7.2mol；
混合氣體的總質(zhì)量為7.2molNO₂與2.8molO₂的質(zhì)量之和為7.2mol×46g/mol+2.8mol×32g/mol=420.8g，平均摩爾質(zhì)量$\frac{420.8g}{10mol}$=42.08g/mol，平均分子量42.08；
若剩余氣體為NO氣體，試管9/10充滿水，則剩余1molNO，根據(jù)3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，說明過量的NO₂為3mol，反應(yīng)4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃消耗的氣體總體積為7mol，設(shè)反應(yīng)消耗的氧氣為y，則有消耗的NO₂為4y則有5y=7mol，y=1.4mol，即此時氧氣為1.4mol，V（NO₂）=8.6mol；
混合氣體的總質(zhì)量為8.6molNO₂與1.4molO₂的質(zhì)量之和為8.6mol×46g/mol+1.4mol×32g/mol=440.4g，平均摩爾質(zhì)量$\frac{440.4g}{10mol}$=44.04g/mol，平均分子量44.04；
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；a、b；c；雙手緊握（或微熱）試管丁使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管丁；
42.08或44.04．

點評 本題考查性質(zhì)實驗方案的設(shè)計及實驗裝置的綜合應(yīng)用，為高頻考點，注意制備氣體的實驗裝置和反應(yīng)原理以及NO₂、O₂和H₂O反應(yīng)的計算，把握物質(zhì)的性質(zhì)及實驗技能為解答的關(guān)鍵，側(cè)重分析、實驗及計算能力的綜合考查，題目難度中等．