(一)化学实验方案设计与评价
1．NCl 3既可用于漂白,又可用于柠檬等水果的熏蒸处理。已知：NCl 3熔点为－40 ℃,沸点为70 ℃,95 ℃以上易爆炸,有刺激性气味,在热水中易水解。实验室可用Cl 2和NH 4Cl 溶液反应制取NCl 3。某小组利用如图所示的装置制备NCl 3,并探究NCl 3的漂白性。
回答下列问题：
(1)仪器M 中盛放的试剂为________。
(2)各装置接口连接的顺序为________(用小写字母表示)。
(3)当装置B 的蒸馏烧瓶中出现较多油状液体后,关闭b 处的活塞,应控制水浴加热的温度为________,装置C 的作用为________________________________________________________________________。
(4)当装置D 的锥形瓶内有较多黄色油状液体出现时,用干燥、洁净的玻璃棒蘸取该液体滴到干燥的红色石蕊试纸上,试纸不褪色；若取该液体滴入50～60 ℃的热水中,片刻后取该热水再滴到干燥的红色石蕊试纸上,则试纸先变蓝后褪色。结合化学方程式解释该现象：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)在pH ＝4时电解NH 4Cl 溶液也可以制得NCl 3,然后利用空气流将产物带出电解槽。电解池中产生NCl 3的电极为________(填“阴极”或“阳极”),该电极的电极反应式为________________________________________________________________________。
(6)NCl 3可与NaClO 2溶液反应制取ClO 2气体,同时产生一种无污染的气体,该反应的化学方程式为________________________________________________________________________。
解析：(1)A 装置制备氯气,因此仪器M 中盛放的试剂为浓盐酸。(2)B 装置中Cl 2与NH 4Cl 水溶液在低温下反应得到NCl 3,加热蒸馏,再冷凝收集NCl 3,最后用氢氧化钠溶液吸收尾气,防止污染空气,故仪器接口连接的顺序为a 、b 、c 、e 、f 、d 。(3)由于NCl 3熔点为－40 ℃,沸点为70 ℃,95 ℃以上易爆炸,有刺激性气味,在热水中易水解,所以应控制水浴加热的温度为70～95 ℃,氯气、氯化氢都能引起空气污染,不能直接排放,可以用氢氧化钠溶液吸收,所以装置C 的作用为吸收尾气并防止倒吸。(4)NCl 3本身无漂白性,与水反应生成
次氯酸和氨气,化学方程式：NCl 3＋3H 2O=====△3HClO ＋NH 3↑,氨气与水反应生成一水合氨,一水合氨电离出氢
氧根离子,溶液显碱性,使红色石蕊试纸变蓝,生成的HClO 又使其漂白褪色。(5)在pH ＝4时电解NH 4Cl 溶液也可以制得NCl 3,氮元素化合价从－3价升高到＋3价,发生失去电子的氧化反应,则电解池中产生NCl 3的电极为阳极,该电极的电极反应式为3Cl －＋NH ＋4－6e －===NCl 3＋4H ＋
。(6)NCl 3可与NaClO 2溶液反应制取ClO 2气体,同时产生一种无污染的气体,根据原子守恒可知该气体是氮气,反应的方程式为2NCl 3＋6NaClO 2===6ClO 2
↑＋6NaCl ＋N 2↑。
答案：(1)浓盐酸 (2)a 、b 、c 、e 、f 、d (3)70～95 ℃ 吸收尾气并防止倒吸 (4)在热水中发生的
反应为NCl 3＋3H 2O=====△3HClO ＋NH 3↑,NCl 3本身无漂白性,但在热水中会水解生成NH 3·H 2O 使红色石蕊试纸变
蓝,而生成的HClO 又使其褪色 (5)阳极 3Cl －＋NH ＋4－6e －===NCl 3＋4H ＋ (6)2NCl 3＋6NaClO 2===6ClO 2↑＋6NaCl ＋N 2↑
2．SO 2虽是大气污染物之一,但也是重要的工业原料,某同学在实验室设计如下实验,对SO 2的部分性质进行了探究。
(1)二氧化硫的水溶性。
①SO 2易溶于水,常温常压下溶解度为1∶40,其中有H 2SO 3生成。向SO 2的饱和溶液中加入NaHSO 3固体,有气体冒出,原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________(结合有关平衡方程式简要说明)。
②欲验证酸性H 2SO 3＞HClO,选用下面的装置,其连接顺序为A ―→__________________(按气流方向用大写字母表示即可)。能证明H 2SO 3的酸性强于HClO 的实验现象为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)二氧化硫的还原性。
已知SO 2具有还原性,可以还原I 2,可以与Na 2O 2发生反应,按图示装置进行实验。(部分固定装置未画出
)
操作步骤
实验现象 解释原因 关闭弹簧夹2,打
开弹簧夹1,注入
硫酸至浸没三颈烧
瓶中固体 若将带火星的木条放在D 试管口处,木条不复燃 SO 2与Na 2O 2反应无O 2生成,可能发生的化学反应方程式为①________________ 若将带火星的木条
放在D 试管口处,木
SO 2与Na 2O 2反应有O 2生成,发生的化学反应为2SO 2＋2Na 2O 2===2Na 2SO 3＋O 2
条复燃
关闭弹簧夹1,打
开弹簧夹2,残余
气体进入E,F 中 E 中
②______________________________ E 中反应的离子方程式③__________________________ F 中
④______________
F 中反应为2OH －＋SO 2________________===SO 2－3＋H 2O 2222333了c (HSO －3),平衡左移,降低了SO 2的溶解度,故可以看到有气体SO 2逸出。②次氯酸具有强氧化性、二氧化硫具有还原性,不能利用二氧化硫与次氯酸钙直接反应判断亚硫酸与次氯酸的酸性强弱,先验证亚硫酸酸性比碳酸强,再结合碳酸酸性比HClO 强进行判断。A 装置制备二氧化硫,由于盐酸易挥发,制备的二氧化硫中混有HCl,用饱和的亚硫酸氢钠除去HCl,再通过碳酸氢钠溶液,可以验证亚硫酸酸性比碳酸强,用酸性高锰酸钾溶液氧化除去二氧化碳中的二氧化硫,用品红溶液检验二氧化碳中二氧化硫是否除尽,再通入F 中,则装置连接顺序为A→C→B→E→D→F ,其中装置C 的作用是除去HCl 气体,D 中品红不褪色,F 中出现白色沉淀,可证明亚硫酸的酸性强于次氯酸。(2)A 中制备二氧化硫,X 干燥二氧化硫,C 中SO 2与Na 2O 2反应,D 中氢氧化钠溶液吸收剩余的二氧化硫,防止污染空气；E 装置检验I －还原性弱于SO 2,F 装置验证二氧化硫为酸性气体,并吸收二氧化硫,防止污染空气。①SO 2与Na 2O 2反应无O 2生成,可能发生的化学反应方程式为Na 2O 2＋SO 2===Na 2SO 4。②E 中溶液蓝色褪去,③说明SO 2有还原性,被I 2氧化,发生反应的离子方程式为SO 2＋I 2＋2H 2O===2I －＋SO 2－4＋4H ＋。④因SO 2是酸性氧化物,能发生2OH －＋SO 2===SO 2－
3＋H 2O,则F 中含酚酞的NaOH 溶液显红色,通入SO 2后红色变浅或褪去。
答案：(1)①SO 2的水溶液中存在如下平衡SO 2＋H 2O H 2SO 3H ＋＋HSO －
3,加入NaHSO 3固体增加了c (HSO －
3),平衡左移,降低了SO 2
的溶解度 ②C→B→E→D→F D 中品红不褪色,F 中产生白色沉淀
(2)①Na 2O 2＋SO 2===Na 2SO 4 ②溶液蓝色褪去
③SO 2＋I 2＋2H 2O===2I －＋SO 2－4＋4H ＋
④红色变浅或褪去
3．四溴化碳是一种灰白色粉末,熔点为94～95 ℃,广泛用于有机化合物的溴代、农药的制备等。某合作学习小组的同学拟用丙酮和液溴制备四溴化碳,其原理为
CH 3COCH 3＋4Br 2＋5NaOH ——CBr 4＋CH 3COONa ＋4NaBr ＋4H 2O
回答下列问题：
Ⅰ.制取Br 2
(1)甲组同学拟用溴化钠、二氧化锰及浓硫酸制备液溴,其实验装置如图1所示：
①该装置不用橡皮塞
及橡皮管,其原因是
________________________________________________________________________；
冰水的作用是________________________________________________________________________。 ②生成Br 2的化学方程式为________________________________________________________________________。
Ⅱ.制取CBr 4
(2)乙组同学拟利用甲组同学制得的液溴与CH 3COCH 3(沸点56.5 ℃)等试剂制取四溴化碳。实验步骤如下：
步骤1：向图2中三颈烧瓶中加入11.4 g NaOH 和46 mL 水,搅拌。
步骤2：冰水浴冷却至2 ℃时,开始不断滴加液溴20 g,滴加完毕后在5 ℃下保持20 min 。
步骤3：加入少量相转移试剂,在不断搅拌下滴入1.6 g 丙酮,维持温度在5～10 ℃,连续搅拌4 h 。 步骤4：过滤、冷水洗涤、减压烘干,得产品8.3 g 。
①图2中仪器A 的名称为________________。
②步骤2滴入Br 2之前,冷却至 2 ℃的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
步骤2中加入液溴可能发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③步骤4洗涤时,如何证明已洗涤干净：________________________________________________________________________。
④本次实验中产品的产率为______________。
解析：(1)①Br 2能腐蚀橡皮塞及橡皮管,所以该装置不用橡皮塞及橡皮管；溴沸点低,易挥发,冰水的作用是冷凝溴蒸气。②由用NaCl 和浓硫酸制备HCl,联想到用NaBr 和浓硫酸制备HBr,由用浓HCl 溶液和MnO 2制备Cl 2,联想到用浓HBr 溶液和MnO 2制备Br 2。(2)①题图2中仪器A 的名称为恒压滴液漏斗。②步骤2滴入Br 2之前,冷却至2 ℃的目的是防止液溴挥发；步骤2中加入液溴可能发生Br 2与NaOH 的反应。③步骤4洗涤时,欲证明已洗涤干净,只需证明最后一次洗涤液中没有Br －即可。④n (NaOH)＝
11.4 g 40 g ·mol －1＝0.285 mol,n (Br 2)＝20 g 160 g ·mol －1＝0.125 mol,n (CH 3COCH 3)＝ 1.6 g
58 g ·mol
－1＝0.027 6 mol,根据CBr 4的制备原理知,NaOH 和Br 2过量,故产品的产率＝
8.3 g 1.6 g 58 g·mol －1×332 g ·mol －1
×100%＝90.6%。 答案：(1)①Br 2能腐蚀橡皮塞及橡皮管 冷凝溴蒸气 ②2NaBr＋MnO 2＋3H 2SO 4(浓)=====△2NaHSO 4＋MnSO 4
＋Br 2＋2H 2O[或2NaBr ＋MnO 2＋2H 2SO 4(浓)=====△Na 2SO 4＋MnSO 4＋Br 2＋2H 2O]
(2)①恒压滴液漏斗 ②防止液溴挥发 Br 2＋2OH －===BrO －＋Br －
＋H 2O ③取少许最后一次洗涤液于试管中,滴入硝酸酸化的AgNO 3溶液,若无沉淀生成,则说明已洗涤干净 ④90.6%
4．二氯化二硫(S2Cl2)是一种常用于橡胶硫化、有机物氯化的试剂,甲同学查阅资料：①将干燥的氯气在110～140 ℃间与硫反应,即可得S2Cl2粗品；②有关物质的部分性质如表所示：
物质熔点/℃沸点/℃化学性质
S 112.8 444.6 略
S2Cl2－77 137
一种橙黄色的液体,遇水易水解,有淡黄色固体出现,同时
产生能使品红溶液褪色的气体；300 ℃以上完全分解；S2Cl2
＋Cl2=====
△
2SCl2。
22
回答以下问题：
(1)仪器A的名称是________。
(2)B中所发生反应的离子方程式为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)C装置的作用是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(4)S2Cl2粗品中可能混有的杂质是________________________________________________________________________。
(5)乙同学发现,该装置中除了E处的温度不能过高外,还有一处重大缺陷需改进,否则会导致S2Cl2的产率大大降低,原因是________________________________________________________________________ (用化学方程式表示)；请简要提出改进方案________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(6)H中的溶液可以选择下列试剂中的________(填序号)。
①碳酸钠溶液②氯化铁溶液③亚硫酸钠溶液④高锰酸钾溶液
解析：(1)由装置图可知A为分液漏斗。(2)在装置B中制取氯气,离子反应方程式为MnO2＋4H＋＋2Cl－=====
△
Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。(3)在E中干燥纯净的Cl2与S发生反应,而B中制取的Cl2中含有HCl杂质,除杂后气体还需要干燥,故C中盛有饱和食盐水以除去HCl,D中盛有浓硫酸以干燥氯气。(4)结合题给信息,S2Cl2能与Cl2反应生成SCl2,知S2Cl2粗品中可能混有的杂质有S、SCl2、Cl2。(5)观察装置图可知,H中水蒸气可进入G中,发生反应：2S2Cl2＋2H2O===3S↓＋SO2↑＋4HCl,导致S2Cl2产率降低,可在G和H之间增加干燥装置。
(6)H 是除氯气装置,氯化铁和高锰酸钾都不与氯气反应,①③符合题意。
答案：(1)分液漏斗
(2)MnO 2＋4H ＋＋2Cl －=====△Mn 2＋＋Cl 2↑＋2H 2O
(3)除去Cl 2中的HCl 杂质
(4)S 、SCl 2、Cl 2
(5)2S 2Cl 2＋2H 2O===3S ↓＋SO 2↑＋4HCl 在G 和H 之间增加干燥装置(如盛有浓硫酸的洗气瓶)
(6)①③