Question

組同學發現84消毒液與潔廁劑(主要成分為鹽酸)室溫下混和有Cl₂生成，于是嘗試在實驗室利用該反應原理制取Cl₂。
（1）若用次氯酸鈣、濃鹽酸為原料，利用下圖裝置制取Cl₂。裝置中儀器a的名稱為       。甲同學想證明Cl₂溶于水有酸性物質生成，將發生裝置產生的氣體直接通入適量水中，并加入NaHCO₃粉末，有無色氣泡產生。乙同學認為不合理，理由是            。又知：室溫下H₂CO₃的電離常數K₁=4．2×10^-7，K₂=5．6×10^-11，則pH為8．0的NaHCO₃溶液中[CO₃^2-]：[HCO₃^-]=       。

（2）經查閱資料得知：無水FeCl₃在空氣中易潮解，加熱易升華。設計如下裝置制備無水FeCl₃。

①下列操作步驟的正確排序為        (填字母)。

A．體系冷卻后，停止通入Cl2

B．通入干燥的Cl2趕盡裝置中的空氣

C．在鐵屑下方加熱至反應完成

D．用干燥的H2趕盡Cl2

E．檢驗裝置的氣密性
②該實驗裝置存在的明顯缺陷是                 。
（3）世界環保聯盟要求ClO₂逐漸取代Cl₂作為自來水消毒劑。
已知：NaCl+3H₂ONaClO₃+3H₂，
2NaClO₃+4HCl=2C1O₂+Cl₂+2NaCl+2H₂O。
有關物質性質：

物質	熔點／℃	沸點／℃
C1O2	-59	11
Cl2	-107	-34.6

 
ClO₂的生產流程示意圖：

該工藝中，需要補充的物質X為   (填化學式)，能參與循環的物質是      (填化學式)。從ClO₂發生器中分離出ClO₂可采用的方法是            。

Answer 1

（1）分液漏斗（2分）
制取的氯氣中含有HCl氣體，HCl溶于水后能與NaHCO₃反應產生氣泡（2分）5.6×10^-3（3分）
（2）①ebcad（3分）
②缺少尾氣吸收裝置（2分）
（3）Cl₂（2分）Cl₂、NaCl（2分）
將生成的氣體冷水浴降溫使ClO₂液化分離出來（2分）

試題分析：（1）根據實驗裝置圖可知儀器a為分液漏斗；因為濃鹽酸具有揮發性，制取的Cl₂中含有HCl，HCl溶于水后能與NaHCO₃反應產生CO₂氣體；HCO₃?電離產生CO₃²?：HCO₃?CO₃²?+H⁺，K₂=[CO₃²?][H⁺]/[HCO₃?]=5．6×10^-11， 可得[CO₃^2-]：[HCO₃^-]= K₂/[H⁺]=5．6×10^-11/10^-8=5.6×10^-3
（2）①首先檢驗裝置的氣密性，為防止空氣影響實驗，通入干燥的Cl₂趕盡裝置中的空氣，然后加熱鐵屑進行Fe與Cl₂的反應，反應完成后，等到體系冷卻后，停止通入Cl₂，最后用干燥的H₂趕盡Cl₂，所以正確順序為：ebcad
②尾氣中含有Cl₂，有毒污染環境，需要進行尾氣處理，所以該實驗裝置存在的明顯缺陷是缺少尾氣吸收裝置。
（3）根據題目所給信息，電解NaCl溶液和NaClO₃與HCl反應的化學方程式，可知Cl₂產量少，所以需要補充的物質X為為Cl₂；NaClO₃與HCl反應能生成Cl₂和NaCl，所以能參與循環的物質是Cl₂、NaCl；因為ClO₂的沸點為11℃，所以將生成的氣體冷水浴降溫，可使使ClO₂液化變為液體，分離出來。