Question

13．NCl₃可用于漂白，也可用于檸檬等水果的熏蒸處理．已知：NCl₃熔點(diǎn)為-40℃，沸點(diǎn)為70℃，95℃以上易爆炸，有刺激性氣味，可與水反應(yīng)．實(shí)驗(yàn)室中可用氯氣和氨氣反應(yīng)制取NCl₃，反應(yīng)方程式為4NH₃+3C1₂═NCl₃+3NH₄Cl．某校化學(xué)興趣小組同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置（NH₄Cl的分解溫度為300℃左右）．

回答下列問(wèn)題：
（1）寫(xiě)出裝置F中的燒瓶?jī)?nèi)發(fā)生反應(yīng)的離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）E中的試劑為飽和食鹽水．
（3）導(dǎo)管G末端應(yīng)連接的裝置為圖2中的C（填選項(xiàng)字母）．
（4）NCl₃遇水可發(fā)生水解反應(yīng)生成兩種物質(zhì)，其中一種是可使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體，寫(xiě)出NCl₃水解的化學(xué)方程式：NCl₃+3H₂O=NH₃↑+3HClO．
（5）已知C中生成的NH₄Cl溶解在NCl₃中，欲將二者分離可采取的操作方法為在低于95℃條件下，水浴加熱蒸餾（收集70℃）．
（6）NH₄Al（SO₄）₂也可用于自來(lái)水的凈化．
①NH₄Al（SO₄）₂溶液中離子濃度由大到小的順序?yàn)閏（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，在此過(guò)程中水的電離程度減�。ㄌ睢霸龃蟆薄皽p小”或“不變”）．
③常溫下，將a mol NH₄Al（SO₄）₂：加入到b L c mol/L的氨水中，所得溶液呈中性，此時(shí)溶液中c（Al³⁺）≈0mol/L，計(jì)算該溫度下NH₃•H₂O的電離常數(shù)$\frac{4a×1{0}^{-7}}{bc-3a}$（用含字母的代數(shù)式表示，忽略溶液體積變化）．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)室中可用氯氣和氨氣反應(yīng)制取NCl₃：F裝置制取氯氣，用濃鹽酸與MnO₂ 在加熱的條件下進(jìn)行，離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，濃鹽酸易揮發(fā)，制得的氯氣中含有氯化氫和水蒸氣，E裝置除去氯氣中的氯化氫，D裝置干燥氯氣，A裝置制備氨氣，C裝置制得NCl₃，導(dǎo)管G既能吸收可能過(guò)量的氯氣和氨氣，又能防止水進(jìn)入C裝置．
（1）濃鹽酸和二氧化錳在加熱條件下能發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成氯化錳、氯氣、水；
（2）濃鹽酸易揮發(fā)，制得的氯氣中含有氯化氫，氯化氫溶于飽和食鹽水，氯氣難溶；
（3）選擇的裝置需滿足既能吸收可能過(guò)量的氯氣和氨氣，又能防止水進(jìn)入C裝置；
（4）可使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為氨氣，根據(jù)質(zhì)量守恒判斷反應(yīng)的化學(xué)方程式；
（5）NCl₃熔點(diǎn)為-40℃，沸點(diǎn)為70℃，95℃以上易爆炸，NH₄Cl溶解在NCl₃中，可利用沸點(diǎn)不同采用蒸餾的方法分離；
（6）①根據(jù)題中所給的化學(xué)式，利用銨根和鋁離子水解進(jìn)行解答；
②鋁離子和銨根離子水解促進(jìn)了水的電離，但鋁離子能和氨水反應(yīng)生成沉淀，參與水解的離子濃度變�。�
③反應(yīng)平衡時(shí)溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），平衡時(shí)溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=$\frac{4a}$mol/L，根據(jù)物料守恒得n（NH₃．H₂O）=（a+bc-4a）mol=（bc-3a）mol，根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)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）在酸性條件下MnO₂氧化Cl^-，二氧化錳被還原成+2價(jià)的錳離子，氯離子被還原成單質(zhì)氯氣，二氧化錳與濃鹽酸加熱生成氯氣、氯化錳和水，離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）濃鹽酸制取的氯氣中含有氯化氫和水蒸氣雜質(zhì)，應(yīng)用飽和的食鹽水除掉氯化氫，當(dāng)含氯化氫的氯氣通過(guò)飽和食鹽水時(shí)，氯化氫溶解在其中，氯氣幾乎不溶，
故答案為：飽和食鹽水；
（3）G連接的裝置既能吸收可能過(guò)量的氯氣和氨氣，又能防止水進(jìn)入C裝置，圖2中的C有干燥、倒吸裝置，符合要求，
故答案為：C；
（4）可使?jié)駶?rùn)的紅色石蕊試紙變藍(lán)的氣體為氨氣，則NCl₃水解的化學(xué)方程式為：NCl₃+3H₂O=NH₃↑+3HClO，
故答案為：NCl₃+3H₂O=NH₃↑+3HClO．
（5）因?yàn)槁然�銨在NCl₃中溶解，而NCl₃沸點(diǎn)比較低易揮發(fā)，因此應(yīng)采用蒸餾的方法，但由于高于95℃時(shí)NCl₃易爆炸，因此應(yīng)采用水浴加熱的方法，進(jìn)行蒸餾，控制溫度只要介于70-95℃之間即可，
故答案為：在低于95℃條件下，水浴加熱蒸餾（收集70℃）；
（6）①銨明礬晶體的化學(xué)式為NH₄Al（SO₄）₂•12H₂O，在銨明礬的水溶液中，未水解前，c（Al³⁺）=c（NH₄⁺），由于銨根和鋁離子均水解，水解結(jié)合水電離出的氫氧根離子，故水解后濃度均變小，且呈酸性，由于氨水的堿性強(qiáng)于氫氧化鋁，鋁離子水解程度大于銨根離子，溶液中c（Al³⁺）＜c（NH₄⁺），所以離子濃度為c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-），
故答案為：c（SO₄^2-）＞c（NH₄⁺）＞c（Al³⁺）＞c（H⁺）＞c（OH^-）；
②在NH₄Al（SO₄）₂溶液中鋁離子和銨根離子水解促進(jìn)了水的電離，當(dāng)加入氨水時(shí)，氨水與鋁離子反應(yīng)，c（Al³⁺）變小，所以在此過(guò)程中水的電離程度減小，
故答案為：減小；
③反應(yīng)平衡時(shí)溶液呈中性，c（H⁺）=c（OH^-），平衡時(shí)溶液中c（NH₄⁺）=2c（SO₄^2-）=$\frac{4a}$mol/L，根據(jù)物料守恒得n（NH₃．H₂O）=（a+bc-4a）mol/L，根據(jù)電荷守恒得c（H⁺）=c（OH^-）=10^-7mol/L，溶液呈中性，NH₃•H₂O的電離常數(shù)K_b=$\frac{c（O{H}^{-}）•c（N{{H}_{4}}^{+}）}{c（N{H}_{3}•{H}_{2}O）}$=$\frac{1{0}^{-7}×\frac{4a}}{\frac{bc-3a}}$=$\frac{4a×1{0}^{-7}}{bc-3a}$，
故答案為：$\frac{4a×1{0}^{-7}}{bc-3a}$．

點(diǎn)評(píng) 本題考查工藝流程、物質(zhì)制備、鹽類水解、物質(zhì)的分離提純、電離平衡等，理解工藝流程原理是解題的關(guān)鍵，是對(duì)學(xué)生綜合能力的考查，需要學(xué)生具備扎實(shí)的基礎(chǔ)與靈活運(yùn)用能力，題目難度中等．