Question

10．某化學(xué)小組用MnO₂和濃鹽酸共熱制取Cl₂時(shí)，利用剛吸收過(guò)SO₂的NaOH溶液對(duì)其尾氣進(jìn)行吸收處理．請(qǐng)按要求回答下列問(wèn)題．
（1）請(qǐng)寫(xiě)出用此法制取Cl₂的離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）該尾氣吸收處理一段時(shí)間后，吸收液中（假設(shè)不含酸式鹽）肯定存在的陰離子有OH^-、Cl^-、SO₄^2-、Cl^-；對(duì)可能大量存在的其他陰離子（不考慮空氣中CO₂的影響）設(shè)計(jì)如下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究．
①提出假設(shè)：
假設(shè)1：只存在SO₃^2-；假設(shè)2．只存在ClO^-；假設(shè)3：既存在SO₃^2-也存在ClO^-．
②質(zhì)疑討論：經(jīng)分析假設(shè)3不合理，理由是SO₃^2-具有強(qiáng)還原性，ClO^-具有強(qiáng)氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存．
③實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與分析：
限選試劑：3moL•L^-1H₂SO₄、1moL•L^-1NaOH、0.01mol•L^-1KMnO₄、紫色石蕊試液．
實(shí)驗(yàn)步驟 預(yù)期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟一：取少量吸收液于試管中，滴加3mol•L^-1H₂SO₄至溶液呈酸性，然后將所得溶液分置于A、B試管中．
步驟二：在A試管中滴加0.01mol•L^-1KMnO₄，振蕩． 若溶液褪色，則說(shuō)明假設(shè)1成立．
步驟三：在B試管中滴加紫色石蕊溶液，振蕩． 若先變紅后褪色，則說(shuō)明假設(shè)2成立．
（3）假設(shè)有224mL（標(biāo)準(zhǔn)狀況下）SO₂被15mL 1mol•L^-1的NaOH溶液完全吸收，得溶液X．忽略鹽類(lèi)的水解，所得X溶液中溶質(zhì)正鹽的物質(zhì)的量為0.005mol；0.02．若用0.2000mol•L^-1KIO₃溶液恰好將上述溶液X中所有的硫元素氧化，還原產(chǎn)物為I₂，則消耗KIO₃溶液的體積為20mL．

Answer 1

分析 （1）MnO₂和濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯氣、氯化錳和水；
（2）利用剛吸收過(guò)少量SO₂的NaOH溶液吸收含有氯氣的尾氣，根據(jù)溶液中發(fā)生的反應(yīng)分析存在的陰離子；
①可假設(shè)1：只存在SO₃^2-；假設(shè)2只存在ClO^-；假設(shè)3：既不存在SO₃^2-，也不存在ClO^-；
②SO₃^2-具有還原性，ClO^-具有氧化性，二者不能共存；
③根據(jù)所限制實(shí)驗(yàn)試劑和SO₃^2-、ClO^-的性質(zhì)，先加入硫酸至酸性，若存在SO₃^2-、ClO^-，分別生成了H₂SO₃和HClO；H₂SO₃具有還原性，選擇具有強(qiáng)氧化性的高錳酸鉀溶液，證明SO₃^2-的存在；因?yàn)镠ClO具有強(qiáng)氧化性，紫色石蕊溶液，證明有ClO^-的存在；
（3）首先計(jì)算SO₂和NaOH的物質(zhì)的量，判斷反應(yīng)產(chǎn)物，列方程式計(jì)算相關(guān)物理量；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等來(lái)計(jì)算消耗KIO₃溶液的體積．

解答 解：（1）MnO₂和濃鹽酸加熱反應(yīng)生成氯氣、氯化錳和水，其反應(yīng)的離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）利用剛吸收過(guò)少量SO₂的NaOH溶液吸收含有氯氣的尾氣，少量的SO₂與NaOH溶液反應(yīng)生成Na₂SO₃，Na₂SO₃被氯氣氧化生成硫酸鈉，其反應(yīng)方程式為Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH=2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，故一定存在SO₄^2-、Cl^-，
故答案為：SO₄^2-、Cl^-；
①由已知假設(shè)1、只存在SO₃^2-，假設(shè)3、既存在SO₃^2-也存在ClO^-，可知假設(shè)2為為：只存在ClO^-，
故答案為：只存在ClO^-；
②SO₃^2-具有強(qiáng)還原性，ClO^-具有強(qiáng)氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存，
故答案為：SO₃^2-具有強(qiáng)還原性，ClO^-具有強(qiáng)氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能大量共存；
③因?yàn)槲�收液呈堿性，先取少量吸收液于試管中，滴加3moL•L^-1 H₂SO₄至溶液呈酸性，然后將所得溶液分置于A、B試管中先加入硫酸的試管，若存在SO₃^2-、ClO^-，分別生成了H₂SO₃和HClO；在A試管中滴加0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，若紫紅色褪去，證明有SO₃^2-，則說(shuō)明假設(shè)1成立；在B試管中滴加紫色石蕊溶液，若溶液先變紅后褪色，證明有ClO^-，則說(shuō)明假設(shè)2成立，
故答案為：紫色石蕊溶液；先變紅后褪色；
（3）n （SO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，n（NaOH）=0.015L×1mol/L=0.015mol，
則反應(yīng)的可能方程式有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，SO₂+NaOH=NaHSO₃，
則有：2＞$\frac{n（NaOH）}{n（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{3}{2}$＞1，
所以：所得產(chǎn)物為Na₂SO₃和NaHSO₃，
設(shè)所得產(chǎn)物中含Na₂SO₃為xmol，NaHSO₃為ymol則得方程組：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.01}\\{2x+y=0.015}\end{array}\right.$，解得：x=0.005，y=0.005，即正鹽的物質(zhì)的量為：0.005mol；
設(shè)0.2000mol•L^-1 KIO₃溶液VL恰好將上述溶液X中所有的硫元素氧化，還原產(chǎn)物為I₂，則KIO₃得電子總數(shù)為：0.2000mol/L×VL×（5-0），
X溶液中硫失電子總數(shù)為：0.01mol×（6-4），根據(jù)得失電子總數(shù)相等得：0.2000mol/L×VL×（5-0）=0.01mol×（6-4），解答V=20mL，
故答案為：0.005mol；20．

點(diǎn)評(píng) 本題屬于實(shí)驗(yàn)探究題，要根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理提出假設(shè)，再結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)加以驗(yàn)證，側(cè)重于考查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和對(duì)知識(shí)的應(yīng)用能力，題目難度中等．計(jì)算時(shí)注意先判斷反應(yīng)產(chǎn)物，利用氧化還原反應(yīng)中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等來(lái)計(jì)算可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程．