Question

【題目】某化學興趣小組在實驗室制取漂白粉，并探究氯氣與石灰乳反應的條件和產物。

已知：①二氧化錳與濃鹽酸反應可制備氯氣，同時生成MnCl2。

②氯氣和堿反應放出熱量。溫度較高時，氯氣和堿還能發生如下反應：3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3-+3H2O。該興趣小組設計了下列實驗裝置進行實驗。

請回答下列問題：

(1)①甲裝置用于制備氯氣，乙裝置的作用是________。

②該興趣小組用100 mL12 mol·L-1鹽酸與8.7 g MnO2制備氯氣，并將所得氯氣與過量的石灰乳反應，則理論上最多可制得Ca(ClO)2______g。

(2)小組成員發現，產物中Ca(ClO)2的質量明顯小于理論值。他們討論后認為，部分氯氣未與石灰乳反應而逸出，以及溫度升高也是可能原因。為了探究反應條件對產物的影響，他們另取一定量的石灰乳，緩慢、勻速地通入足量氯氣，得出了ClO-、ClO3-兩種離子的物質的量(n)與反應時間(t)的關系曲線，粗略表示為如圖(不考慮氯氣和水的反應)。

①圖中曲線Ⅰ表示_______離子的物質的量隨反應時間變化的關系。

②所取石灰乳中含有Ca(OH)2的物質的量為______mol。

③另取一份與②等物質的量的石灰乳，以較大的速率通入足量氯氣，反應后測得產物中Cl-的物質的量為0.35 mol，則產物中=__。

(3)為了提高Ca(ClO)2的產率，可對丙裝置作適當改進。請你寫出一種改進方法：________。

Answer 1

【答案】除去氯氣中的氯化氫氣體 7.15 ClO- 0.25 2：1 把丙裝置浸在盛有冰水的水槽中

【解析】

(1)①飽和食鹽水的主要作用是除去氯氣中的氯化氫氣體；

②依據MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O；2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O，結合定量關系計算理論值；

(2)①當溫度低時，氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和次氯酸鈣；當溫度高時，生成氯酸鈣和氯化鈣，根據溫度高低來判斷屬于哪種離子；

②根據氧化還原反應中得失電子數相等計算氯離子的物質的量，然后根據含氯化合物中鈣離子和陰離子的個數比計算氫氧化鈣的物質的量；

③另取一份與②等物質的量的石灰乳，以較大的速率通入足量氯氣，反應后測得產物中Cl-的物質的量為0.35 mol，依據氯化鈣、次氯酸鈣、氯酸鈣中鈣離子和含氯元素的物質的量比為1：2，結合b計算得到氫氧化鈣物質的量計算氯元素物質的量，依據氧化還原反應電子守恒，生成產物中氯元素守恒列式計算。

(3)根據題中信息，在高溫度下發生副反應，可以把丙裝置放入冰水中。

(1)①濃鹽酸和二氧化錳反應制取氯氣的方程式為：MnO2+4HCl(濃)MnCl2+Cl2↑+2H2O；濃鹽酸具有揮發性，在反應制取氯氣的過程中揮發出HCl氣體，所以通過飽和食鹽水的作用是除去Cl2中混有的HCl氣體；

②n(HCl)=12 mol/L×0.1 L=1.2 mol，n(MnO2)= =0.1 mol，MnO2、HCl反應的物質的量的比是1：4，可見足量的濃鹽酸與8.7 gMnO2制備氯氣，以MnO2為標準計算，n(Cl2)=n(MnO2)=0.1 mol，將所得氯氣與過量的石灰乳反應，反應方程式為：2Cl2+2Ca(OH)2=CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O，根據方程式中物質反應關系可知：理論上最多可制得Ca(ClO)2的物質的量為0.05 mol，其質量m[Ca(ClO)2]=0.05mol×143 g/mol=7.15 g；

(2)①當溫度低時，氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和次氯酸鈣；當溫度高時，生成氯酸鈣和氯化鈣，剛開始反應時，溫度較低，氯氣和氫氧化鈣反應生成氯化鈣和次氯酸鈣，所以圖2中曲線I表示離子ClO-的物質的量隨反應時間變化的關系；

②根據氧化還原反應中得失電子數相等計算Cl-的物質的量，設被還原的氯離子的物質的量為n，則n×1=0.10 mol×1+0.05 mol×5=0.35 mol，則反應的Cl2中含氯原子的物質的量為：0.35 mol+0.1 mol+0.05 mol=0.5 mol，在CaCl2、Ca(ClO)2、Ca(ClO3)2中鈣離子和含氯離子的個數比為1：2，所以所取石灰乳中含有Ca(OH)2的物質的量為=0.25 mol；

③取一份與②等物質的量的石灰乳，其物質的量為0.25 mol，根據氧化還原反應中得失電子數相等，生成氯離子得到電子和生成次氯酸根和氯酸根失去的電子守恒，設n(ClO-)=x，n(ClO3-)=y；則得到：0.35=x×1+y×5；依據氯化鈣、次氯酸鈣、氯酸鈣中鈣離子和含氯元素的物質的量比為1：2，得到氯元素物質的量為0.5mol；x+y+0.35=0.5，解得：x=0.1 mol，y=0.05 mol，則產物中=2：1；

(3)由于反應在高溫度下發生副反應，所以改進措施可以把丙裝置放入盛有冰水的水槽中，避免發生3Cl2+6OH-5Cl-+ClO3-+3H2O。