Question

20．為驗證氧化性：Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂，某小組用下圖所示裝置進行實驗（夾持儀器和A中的加熱裝置已略，氣密性已經(jīng)檢驗完畢）

實驗過程：
Ⅰ．打開彈簧夾K₁-K₄，通入一段時間N₂，再將T型導管插入B中，繼續(xù)通入N₂，然后關(guān)閉K₁、K₃、K₄．
Ⅱ．打開活塞a，滴加一定量的濃鹽酸，給A加熱．
Ⅲ．當B中的溶液變黃時，停止加熱，夾緊彈簧夾K₂．
Ⅳ．打開活塞b，使約2ml的溶液流入D試管中，檢驗其中的離子．
Ⅴ．打開彈簧夾K₃、活塞c，加入70%的硫酸，一段時間后夾緊彈簧夾K₃．
Ⅵ．更新試管D，重復過程IV，檢驗B溶液中的離子．
（1）過程Ⅰ的目的是排出裝置中的氧氣
（2）棉花中浸潤的溶液為氫氧化鈉溶液
（3）A中發(fā)生反應(yīng)的化學方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
（4）用70%的硫酸支取SO₂，反應(yīng)速率比用98%的硫酸塊，原因是70%的硫酸中的H⁺的濃度比98%的硫酸中的H⁺的濃度大
（5）過程Ⅳ中檢驗B溶液中是否含有硫酸根的操作是取少量B溶液于試管中，加入足量的稀鹽酸酸化，在滴加幾滴氯化鋇溶液，若有白色沉淀生成，證明溶液B中有硫酸根
（6）甲、乙、丙三位同學分別完成了上述實驗，他們的檢測結(jié)果一定能夠證明氧化Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂的是乙丙

	過程ⅣB溶液中含有的離子	過程ⅥB溶液中含有的離子
甲	有Fe3+無Fe2+	有SO42-
乙	既有Fe3+又有Fe2+	有SO42-
丙	有Fe3+無Fe2+	有Fe2+

（7）進行實驗過程Ⅴ時，B中的溶液顏色由黃色變?yōu)榧t棕色，停止通氣，放置一段時間后溶液顏色變?yōu)闇\綠色．
查閱資料：Fe^2+（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）
提出假設(shè)：FeCl₃和SO₂的反應(yīng)經(jīng)歷了中間產(chǎn)物FeSO₃，溶液的紅棕色是FeSO₃（墨綠色）與FeCl₃（黃色）的混合顏色．
某同學設(shè)計如下實驗，證實該假設(shè)的成立：

溶液E和F分別是Na₂SO₃溶液、FeCl₃溶液
請用化學平衡原理解釋步驟3紅棕色溶液變?yōu)闇\綠色的原因反應(yīng)2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向進行，溶液變?yōu)闇\綠色．

Answer 1

分析 A裝置為制取氯氣的裝置，B裝置為氯氣氧化亞鐵離子的裝置，B中盛放氯化亞鐵溶液，C裝置制備二氧化硫．
（1）裝置中存在氧氣，會氧化亞鐵離子，在溶液中可以氧化二氧化碳；
（2）Cl₂、SO₂有毒污染空氣，應(yīng)有尾氣處理；
（3）濃鹽酸與二氧化錳再加熱條件下反應(yīng)生成氯化錳、氯氣與水；
（4）濃硫酸溶液中溶質(zhì)主要以硫酸分子形成存在，電離出的氫離子少濃度低；
（5）用稀鹽酸酸化，再用氯化鋇溶液檢驗；
（6）氧化還原反應(yīng)中氧化劑的氧化性強于氧化產(chǎn)物，也強于還原劑的氧化性；
甲．B可能有存在溶解的氯氣氧化SO₂；
乙．B中存在Fe³⁺、Fe²⁺，說明Cl₂氧化性強于Fe³⁺，且沒有Cl₂剩余，后有SO₄^2-能說明Fe³⁺氧化性強于SO₂；丙．B中存在Fe³⁺，說明Cl₂氧化性強于Fe³⁺，后生成了Fe²⁺，只能是Fe³⁺被SO₂還原；
（7）根據(jù)假設(shè)和實驗應(yīng)先生成FeSO₃，再和FeCl₃混合，所以分別加入 Na₂SO₃溶液、FeCl₃溶液，溶液變?yōu)闇\綠色說明生成了Fe²⁺，即2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向進行，溶液變?yōu)闇\綠色．

解答 解：（1）裝置中存在氧氣，會對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，故先排盡裝置中的空氣，
故答案為：排出裝置中的氧氣；
（2）Cl₂、SO₂有毒污染空氣，應(yīng)有尾氣處理，裝置中的棉花需要浸潤強堿溶液吸收Cl₂、SO₂，
故答案為：氫氧化鈉溶液；
（3）制備氯氣的反應(yīng)方程式為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（4）反應(yīng)速率的影響因素有溫度、濃度、催化劑、接觸面積等，題中只有濃度不同，濃硫酸溶液中溶質(zhì)主要以硫酸分子形成存在，電離出的氫離子少濃度低，70%的硫酸中的H⁺的濃度比98%的硫酸中的H⁺的濃度大，反應(yīng)速率快，
故答案為：70%的硫酸中的H⁺的濃度比98%的硫酸中的H⁺的濃度大；
（5）檢驗B溶液中是否含有硫酸根的操作是：取少量B溶液于試管中，加入足量的稀鹽酸酸化，在滴加幾滴氯化鋇溶液，若有白色沉淀生成，證明溶液B中有硫酸根，
故答案為：取少量B溶液于試管中，加入足量的稀鹽酸酸化，在滴加幾滴氯化鋇溶液，若有白色沉淀生成，證明溶液B中有硫酸根；
（6）理論依據(jù)是氧化還原反應(yīng)中氧化劑的氧化性強于氧化產(chǎn)物，也強于還原劑的氧化性；
甲．B可能有存在溶解的氯氣氧化SO₂，故錯誤；
乙．B中存在Fe³⁺、Fe²⁺，說明Cl₂氧化性強于Fe³⁺，且沒有Cl₂剩余，故后有SO₄^2-能說明Fe³⁺氧化性強于SO₂，故正確；
丙．B中存在Fe³⁺，說明Cl₂氧化性強于Fe³⁺，后生成了Fe²⁺，只能是Fe³⁺被SO₂還原，故正確．‘
故選：乙丙；
（7）根據(jù)假設(shè)和實驗應(yīng)先生成FeSO₃，再和FeCl₃混合，所以分別加入 Na₂SO₃溶液、FeCl₃溶液；溶液變?yōu)闇\綠色說明生成了Fe²⁺，即2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向進行，溶液變?yōu)闇\綠色，
故答案為：Na₂SO₃溶液；FeCl₃溶液；反應(yīng)2Fe³⁺+SO₃^2-+H₂O=2Fe²⁺+SO₄^2-+2H⁺，促使Fe³⁺+3H₂O Fe（OH）₃+3H⁺和SO₃^2-+H₂O HSO₃^2-+OH^-逆向進行，溶液變?yōu)闇\綠色．

點評 本題是綜合化學實驗題，考查實驗的具體操作步驟、操作目的、原理、微粒的檢驗及分析等有關(guān)問題，有利于培養(yǎng)學生的分析推理、思維縝密等，是對學生綜合能力的考查，難度較大．