Question

20．無(wú)水AlCl₃是一種重要的化工原料．某課外探究小組嘗試制取無(wú)水AlCl₃，查閱資料獲得下列信息：無(wú)水AlCl₃在178℃升華，極易潮解，遇到水蒸氣會(huì)產(chǎn)生白色煙霧．
探究一  無(wú)水AlCl₃的實(shí)驗(yàn)室制備
利用下圖裝置，用干燥、純凈的氯氣在加熱條件下與鋁粉（已除去氧化膜）反應(yīng)制取無(wú)水AlCl₃．供選擇的藥品：①鋁粉 ②濃硫酸 ③稀鹽酸 ④飽和食鹽水 ⑤二氧化錳粉末 ⑥無(wú)水氯化鈣 ⑦稀硫酸 ⑧濃鹽酸 ⑨氫氧化鈉溶液

（1）寫(xiě)出裝置A燒瓶中發(fā)生的反應(yīng)方程式MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先檢查裝置氣密性，然后裝入藥品，接下來(lái)的步驟依次是bca（填序號(hào)）
a．加熱D中硬質(zhì)玻璃管
b．往A燒瓶中加入液體
c．點(diǎn)燃A中的酒精燈
（3）上述供選藥品中本實(shí)驗(yàn)無(wú)需用到的是③⑦（填數(shù)字序號(hào)）．
（4）寫(xiě)出無(wú)水AlCl₃與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式AlCl₃+3H₂O（g）=Al（OH）₃+3HCl．
探究二  無(wú)水AlCl₃的含量測(cè)定及結(jié)果分析
取D中反應(yīng)后所得固體2.0g，與足量氫氧化鈉溶液反應(yīng)，測(cè)定生成氣體的體積（體積均換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況），重復(fù)測(cè)定三次，數(shù)據(jù)如下：

	第一次實(shí)驗(yàn)	第二次實(shí)驗(yàn)	第三次實(shí)驗(yàn)
D中固體用量	2.0g	2.0g	2.0g
氫氣的體積	334.5mL	336.0mL	337.5mL

（5）根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計(jì)算所得固體中無(wú)水AlCl₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)86.5%；．
（6）有同學(xué)認(rèn)為測(cè)得的無(wú)水AlCl₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏低，你認(rèn)為可能的原因有①②：
①制備的氯氣不足  ②固體和氣體無(wú)法充分接觸  ③無(wú)水AlCl₃發(fā)生升華，造成損失
探究三   離子濃度對(duì)氯氣制備的影響
二氧化錳粉末和濃鹽酸的反應(yīng)隨著鹽酸的濃度降低，反應(yīng)停止不再產(chǎn)生氯氣．探究小組對(duì)鹽酸濃度降低影響氯氣生成的原因進(jìn)行如下探究：
（7）提出假設(shè)  假設(shè)1：Cl^-濃度降低影響氯氣的生成
假設(shè)2：H⁺濃度降低影響氯氣的生成．
（8）設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．限選試劑：濃H₂SO₄、NaCl固體、MnO₂固體、稀鹽酸．

步驟	實(shí)驗(yàn)操作	預(yù)測(cè)現(xiàn)象和結(jié)論
①	往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入NaCl固體，繼續(xù)加熱	若有黃綠色氣體生成，則假設(shè)1成立
②	往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入濃硫酸并繼續(xù)加熱	若有黃綠色氣體生成，則假設(shè)2成立

Answer 1

分析 本題分三塊，制備氯化鋁、氯化鋁的純度分析、探究實(shí)驗(yàn)室制氯氣的反應(yīng)原理，其中氯化鋁制備是利用二氧化錳和濃鹽酸混合加熱制得氯氣與鋁粉共熱制備氯化鋁，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要關(guān)注氯氣的凈化、保持無(wú)氧環(huán)境（防止生成氧化鋁）、干燥環(huán)境（防氯化鋁水解），并進(jìn)行尾氣處理減少對(duì)環(huán)境的污染；氯化鋁樣品中可能混有鋁，利用鋁與氫氧化鈉溶液反應(yīng)生成的氫氣測(cè)定鋁的含量，再計(jì)算出氯化鋁的純度；探究實(shí)驗(yàn)室制備氯氣的原理可從來(lái)二個(gè)方面分析（1）氯離子濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響（2）H+對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響；
（1）實(shí)驗(yàn)室是利用二氧化錳與濃鹽酸混合加熱制氯氣的，可據(jù)此寫(xiě)出反應(yīng)化學(xué)方程式；
（2）實(shí)驗(yàn)前裝置里充滿空氣，空氣時(shí)有氧氣，必須先利用生成的氯氣除去，否則制得的氯化鋁中會(huì)混有氧化鋁，根據(jù)此思路確定操作順序；
（3）實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中制氯氣需要濃鹽酸和二氧化錳，除氯氣中混合的氯化氫需要飽和食鹽水，干燥氯氣需要濃硫酸，鋁粉參加氯氣的氧化制氯化鋁，用氯化鈣作干燥劑防水汽進(jìn)入硬質(zhì)管內(nèi)，用氫氧化鈉溶液吸收含有氯氣的尾氣，由此可看出不需要的化學(xué)藥品；
（4）無(wú)水AlCl₃與水蒸氣發(fā)生的是水解反應(yīng)；
（5）根據(jù)三次實(shí)驗(yàn)生成的氫氣求平均值，再根據(jù)生成的氫氣求出參加反應(yīng)的鋁，即可計(jì)算出氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；
（6）氯化鋁的含量偏低，除部分不參加反應(yīng)的鋁外，還可能有部分鋁被氧氣氧化；
（7）二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)的離子方程式為MnO₂+2Cl^-+4H⁺$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，可見(jiàn)影響反應(yīng)進(jìn)行離子應(yīng)該是氯離子或氫離子的濃度；
（8）選擇試劑時(shí)要注意，考慮氯離子時(shí)不要影響H⁺的濃度，同理考慮氫離子時(shí)不能影響氯離子濃度，故探究氯離子濃度的影響，只要通過(guò)氯化鈉補(bǔ)充氯離子就可以了，探究H⁺濃度的影響只要探究添加濃硫酸補(bǔ)充H⁺就可以了．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳與濃鹽酸反應(yīng)制氯氣的反應(yīng)方程式為MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，故答案為：MnO₂+4HCl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（2）實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前，先檢查裝置氣密性，然后裝入藥品，接下來(lái)先添加濃鹽酸再加熱A中酒精燈，待硬質(zhì)玻璃管中充滿黃綠色氣體后再加熱D裝置，正確操作順序?yàn)閎ca，故答案為：bca；
（3）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中要關(guān)注氯氣的凈化、保持無(wú)氧環(huán)境（防止生成氧化鋁）、干燥環(huán)境（防氯化鋁水解），并進(jìn)行尾氣處理減少對(duì)環(huán)境的污染，可知不需要的藥品是稀鹽酸、稀硫酸即③⑦，故答案為：③⑦；
（4）無(wú)水氯化鋁遇水蒸汽，Al³⁺的水解在受熱條件下反應(yīng)快速進(jìn)行，反應(yīng)方程式為AlCl₃+3H₂O（g）=Al（OH）₃+3HCl，故答案為：AlCl₃+3H₂O（g）=Al（OH）₃+3HCl；
（5）三次實(shí)驗(yàn)收集到的氫氣平均值為（334.5mL+336.0mL+337.5mL）÷3=336.0mL，氫氣的物質(zhì)的量為$\frac{336×1{0}^{-3}L}{22.4L/mol}$=0.015mol，根據(jù)2Al～3H₂，可知鋁的物質(zhì)的量為$\frac{0.015mol×2}{3}$=0.01mol，質(zhì)量為0.01mol×27g/mol=0.27g，氯化鋁的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為$\frac{2.0g-0.27g}{2.0g}×100%$=86.5%，故答案：86.5%；
（6）氯氣量不足，部分鋁未反應(yīng)生成氯化鋁，可導(dǎo)致氯化鋁含量偏低；固體和氣體無(wú)法充分接觸，部分鋁粉未被氯氣氧化，混有鋁，導(dǎo)致氯化鋁含量偏低；有少量氯化鋁升華，也能導(dǎo)致氯化鋁含量偏低；故答案為：①②③；（7）根據(jù)實(shí)驗(yàn)室利用濃鹽酸和二氧化錳混合加熱反應(yīng)原理可知，參加離子反應(yīng)的離子為氯離子和氫離子，另一種假設(shè)為H⁺濃度影響氯氣的生成，故答案為：H⁺濃度影響氯氣的生成；
（8）可通過(guò)向反應(yīng)裝置中添加NaCl固體的方法增加溶液里的氯離子濃度，添加濃硫酸的方法增加溶液里的H⁺濃度，故答案為：氯化鈉固體；往不再產(chǎn)生氯氣的裝置中，加入濃硫酸并繼續(xù)加熱．

點(diǎn)評(píng) 本題綜合程度較高，考查了氯氣與氯化鋁的制備，探究了氯化鋁含量測(cè)定及氯氣制備原理，涉及物質(zhì)的量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)操作的選擇等，知識(shí)面廣，但難度中等，對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)要求較高，對(duì)學(xué)生的解題能力提高有一定幫助．