Question

未來生活中金屬鈦的運(yùn)用越來越廣泛，如可在催化劑TiO₂作用下，先用NaClO將CN^-（毒性很強(qiáng)）氧化成CNO^-，再在酸性條件下繼續(xù)被NaClO氧化成N₂和CO₂．環(huán)保工作人員在密閉系統(tǒng)中用如圖裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，以證明處理方法的有效性，并通過測定二氧化碳的量確定CN^-被處理的百分率．將濃縮后含CN^-離子的污水與過量NaClO溶液的混合液共200mL（其中CN^-的濃度為0.05mol?L^-1）倒入甲中，塞上橡皮塞，一段時(shí)間后，打開橡皮塞和活塞，使溶液全部放入乙中，關(guān)閉活塞．回答下列問題：
（1）中反應(yīng)的離子方程式為

 

（2）乙中生成的氣體除N₂和CO₂外，還有HCl及副產(chǎn)物Cl₂等，上述實(shí)驗(yàn)是通過測定二氧化碳的量來確定對CN^-的處理效果．則丙中加入的除雜試劑是

 

（填字母）
a．飽和食鹽水   b．飽和NaHCO₃溶液  c．濃NaOH溶液   d．濃硫酸
（3）丁在實(shí)驗(yàn)中的作用是

 

，裝有堿石灰的干燥管的作用是

 

（4）戊中盛有含Ca（OH）₂0.02mol的石灰水，若實(shí)驗(yàn)中戊中共生成0.82g沉淀，則該實(shí)驗(yàn)中測得CN^-被處理的百分率等于

 

，請說明該測得值與實(shí)際處理的百分率相比偏高還是偏低

 

？簡要說明可能的原因

 

．
（5）請?zhí)岢鲆粋�(gè)能提高準(zhǔn)確度的建議（要有可操作性，不宜使操作變得過于復(fù)雜）

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),探究物質(zhì)的組成或測量物質(zhì)的含量

專題：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題

分析：（1）根據(jù)題意可知，甲中的反應(yīng)為NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-；乙中的反應(yīng)為酸性條件下CNO^-與NaClO反應(yīng)生成N₂、CO₂和Cl₂，根據(jù)氧化還原反應(yīng)配平；
（2）根據(jù)裝置可知，通過測定二氧化碳的量來確定對CN^-的處理效果，需要除去氯氣和氯化氫，其中裝置丙用于除去氯化氫，裝置丁用于除去氯氣，據(jù)此判斷丙中選用試劑；
（3）裝置丁為加熱的銅網(wǎng)，目的是除去混合氣體中的氯氣；堿石灰的作用吸收吸收空氣中的二氧化碳，避免影響二氧化碳的測定；
（4）根據(jù)碳原子守恒，計(jì)算出被處理的CN^-的物質(zhì)的量，再利用200mL（其中CN^-的濃度0.05mol/L）求出CN^-被處理的百分率；處理的百分率偏低，說明反應(yīng)生成二氧化碳沒有完全生成碳酸鈣沉淀，據(jù)此判斷可能原因；
（5）根據(jù)可能導(dǎo)致吸收率偏低的原因找出能提高準(zhǔn)確度的建議．

解答： 解：（1）根據(jù)題意可知，甲中的反應(yīng)為NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-，NaClO具有強(qiáng)氧化性，被還原為Cl^-，反應(yīng)離子方程式為：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；乙中的反應(yīng)為酸性條件下CNO^-與NaClO反應(yīng)生成N₂、CO₂和Cl₂，反應(yīng)離子方程式為：2CNO^-+6ClO^-+8H⁺═N₂↑+2CO₂↑+3Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：CN^-+ClO^-=CNO^-+Cl^-、2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O；
（2）乙中生成的氣體除N₂和CO₂外，還有HCl及副產(chǎn)物Cl₂等，上述實(shí)驗(yàn)是通過測定二氧化碳的量來確定對CN^-的處理效果，則除雜過程中既能除去雜質(zhì)，不能導(dǎo)致二氧化碳的量發(fā)生變化，所以測量二氧化碳的質(zhì)量前需要除去混合氣體中的氯化氫和氯氣，則裝置丙的目的是除去氯化氫，可以選用飽和食鹽水，所以a正確，
故答案為：a；
（3）根據(jù)（2）的分析可知，裝置丁的目的除去混合氣體中含有的氯氣；裝置戊的作用是測量生成二氧化碳的量，必須防止空氣的二氧化碳加入裝置戊，所以裝有堿石灰的干燥管的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止防止空氣中CO₂進(jìn)入戊中影響測定準(zhǔn)確度，
故答案為：去除Cl₂；防止空氣中CO₂進(jìn)入戊中影響測定準(zhǔn)確度；
（4）200mL（其中CN^-的濃度0.05mol/L）混合液中含有的CN^-的物質(zhì)的量是：0.2L×0.05mol/L=0.01mol，根據(jù)碳原子守恒，最多生成0.01mol二氧化碳，所以石灰水過量，生成的碳酸鈣的物質(zhì)的量是：

0.82g

100g/mol

=0.0082mol，反應(yīng)生成的二氧化碳的物質(zhì)的量為0.0082mol，
則CN^-的物質(zhì)的量是為0.0082mol，CN^-被處理的百分率是：

0.0082mol

0.01mol

×100%=82%；
該測得值與工業(yè)實(shí)際處理的百分率相比總是偏低，可能的原因有：①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂、②CO₂產(chǎn)生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應(yīng)、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等，
故答案為：82%；偏低；①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂、②CO₂產(chǎn)生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應(yīng)、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等；
（5）能提高準(zhǔn)確度的建議有：建議一：不將甲中溶液一次全部加入乙中，改為分次加入，控制CO₂的產(chǎn)生速度；建議二：乙中瓶塞改為三孔塞，增加丁那個(gè)孔中插入一根導(dǎo)管到液面以下，反應(yīng)結(jié)束后緩緩?fù)ㄈ氤�去CO₂的空氣，使裝置中滯留的CO₂盡可能多到與Ca（OH）₂反應(yīng)；建議三：將戊中澄清石灰水改為濃度較大到NaOH溶液，反應(yīng)結(jié)束后戊中加入足量CaCl₂后測沉淀質(zhì)量等，
故答案為：建議一：不將甲中溶液一次全部加入乙中，改為分次加入，控制CO₂的產(chǎn)生速度；
建議二：乙中瓶塞改為三孔塞，增加的那個(gè)孔中插入一根導(dǎo)管到液面以下，反應(yīng)結(jié)束后緩緩?fù)ㄈ氤�去CO₂的空氣，使裝置中滯留的CO₂盡可能多的與Ca（OH）₂反應(yīng)；
建議三：將戊中澄清石灰水改為濃度較大的NaOH溶液，反應(yīng)結(jié)束后向戊中加入足量CaCl₂后測沉淀質(zhì)量．

點(diǎn)評：本題考查了電鍍后的廢水中CN^-離子的含量測定，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，試題綜合性強(qiáng)，側(cè)重對學(xué)生能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練，有利于培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作能力．