Question

11．某化學活動小組設計如圖所示（部分夾持裝置已略去）實驗裝置，以探究潮濕的Cl₂與Na₂CO₃反應得到的固體物質．

（1）寫出裝置A中發(fā)生反應的離子方程式：4H⁺+2Cl^-+MnO₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O
（2）寫出試劑Y的名稱：飽和食鹽水．
（3）已知：通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，其為含氯氧化物．可以確定的是C中含有的氯鹽只有一種，且含有NaHCO₃，現(xiàn)對C成分進行猜想和探究．
①提出合理假設：
假設一：存在兩種成分：NaHCO₃和NaCl
假設二：存在三種成分：NaHCO₃和NaCl、Na₂CO₃．
②設計方案，進行實驗．請寫出實驗步驟以及預期現(xiàn)象和結論（可不填滿）．
限選實驗試劑和儀器：蒸餾水、稀硝酸、BaCl₂溶液、澄清石灰水、AgNO₃溶液、試管、小燒杯．

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結論
步驟1：取C中的少量固體樣品于試管中，滴加足量蒸餾水至固體溶解，然后將所得溶液分別置于A、B試管中．
步驟2：向A試管中滴BaCl2溶液	①若無明顯現(xiàn)象，證明固體中不含碳酸鈉；②若溶液變渾濁，證明固體中含有碳酸鈉．
步驟3：向B試管中滴加AgNO3溶液和稀硝酸	若溶液變渾濁，結合步驟2中的①，則假設一成立；結合步驟2中的②，則假設二成立．

（4）①若假設一成立：己知C中有0.1mol Cl₂參加反應．可推知C中反應的化學方程式為2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
②若假設二成立：請設計最佳實驗方案，測定C中NaHCO₃的質量分數(shù)$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$×100%．

Answer 1

分析 裝置A中是利用試劑X為濃鹽酸滴入二氧化錳固體中加熱反應生成氯氣、氯化錳、水，生成的氯氣中含水蒸氣和氯化氫，通過裝置B中的飽和食鹽水除去氯化氫，通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，其為含氯氧化物，反應為Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依據(jù)氧化還原反應電子守恒計算判斷氯元素化合價為+1價：可推知C中反應生成的含氯氧化物為Cl₂O；反應的化學方程式為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．剩余氣體不能排放需要用裝置E中氫氧化鈉溶液吸收，
（1）實驗室制備氯氣是二氧化錳和濃鹽酸加熱反應生成氯化錳、氯氣和水；
（2）依據(jù)裝置分析，進入C之前需要吸收氯化氫氣體，需要用飽和食鹽水吸收；
（3）①在裝置C中通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體（含氯氧化物）．C中含氯元素的鹽只有一種，且含有NaHCO₃．
假設存在兩種成分，為NaHCO₃和NaCl；
假設存在三種成分，應還有未完全反應的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．
②步驟2中向A試管中滴加適量BaCl₂溶液，是檢驗產(chǎn)物中是否有Na₂CO₃，回答該小題時要結合最后的結論，a應為證明固體中不含Na₂CO₃，b應為證明固體中含Na₂CO₃，不能顛倒．
步驟3應是檢驗氯離子，應向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液變渾濁，證明固體中含有NaCl；
（4）①依據(jù)氧化還原反應電子守恒計算判斷氯元素化合價寫出化合物化學式，依據(jù)反應物和生成物配平書寫化學方程式；
②假設二：存在三種成分：NaHCO₃和NaCl和Na₂CO₃，測定碳酸氫鈉的含量，可以利用固體中碳酸氫鈉加熱分解，測定反應前后質量變化計算碳酸氫鈉的質量得到質量分數(shù)．

解答 解：（1）實驗室制備氯氣，結合裝置分析可知是利用二氧化錳和濃鹽酸加熱反應生成氯氣，反應的離子方程式為：4H⁺+2Cl^-+MnO₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案為：4H⁺+2Cl^-+MnO₂ $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）實驗制備氯氣中含有氯化氫氣體，需要用飽和食鹽水除去；
故答案為：飽和食鹽水；
（3）①在裝置C中通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體（含氯氧化物）．C中含氯元素的鹽只有一種，且含有NaHCO₃．
假設存在兩種成分，為NaHCO₃和NaCl；
假設存在三種成分，應還有未完全反應的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃，
故答案為：NaCl；NaCl、Na₂CO₃；
②步驟1：取C中的少量固體樣品于試管中，滴加足量蒸餾水至固體溶解，然后將所得溶液分別置于A、B試管中，無明顯現(xiàn)象，步驟2中向A試管中滴加適量BaCl₂溶液，是檢驗產(chǎn)物中是否有Na₂CO₃，回答該小題時要結合最后的結論，a應為證明固體中不含Na₂CO₃，b應為證明固體中含Na₂CO₃，不能顛倒．
步驟3應是檢驗氯離子，應向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液變渾濁，證明固體中含有NaCl；
故答案為：

實驗步驟	預期現(xiàn)象和結論
BaCl2溶液
AgNO3溶液和稀硝酸

（4）①C中有0.1mol Cl₂參加反應．裝置C中通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，若假設一成立，反應為Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依據(jù)氧化還原反應電子守恒計算判斷氯元素化合價為+1價：可推知C中反應生成的含氯氧化物為Cl₂O；反應的化學方程式為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
故答案為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O；
②假設二：存在三種成分：NaHCO₃和NaCl和Na₂CO₃，測定碳酸氫鈉的含量，可以利用固體中碳酸氫鈉加熱分解，測定反應前后質量變化計算碳酸氫鈉的質量得到質量分數(shù)，用NaHCO₃的熱不穩(wěn)定性測量：在加熱前，稱量C的質量為m₁g，用酒精燈加熱到恒重時質量為m₂g，
2NaHCO₃$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O↑，△m
2×84                                                 62g
m                                                    m₁g-m₂g
m=$\frac{168（{m}_{1-}{m}_{2}）}{62}$g

計算C中NaHCO₃的質量分數(shù)=$\frac{\frac{168（{m}_{1}-{m}_{2}）}{62}}{{m}_{1}}$×100%=$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$×100%，

故答案為：$\frac{84（{m}_{1}-{m}_{2}）}{31{m}_{1}}$×100%，

點評 本題考查了物質性質驗證的實驗設計，步驟分析判斷，現(xiàn)象分析理解，掌握物質性質和實驗設計方法是解題關鍵，題目難度中等．