Question

（2011?山東）實驗室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl₂和Br₂，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的試劑是

四氯化碳

，所用的主要儀器名稱是

分液漏斗

．
（2）加入溶液W的目的是

除去溶液中SO₄^2-

．用CaO調節溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺．由表中數據可知，理論上可選擇的pH最大范圍是

11.0≤pH≤12.2

．酸化溶液Z時，使用的試劑為

鹽酸

．

	開始沉淀時的pH	沉淀完全時的pH
Mg2+	9.6	11.0
Ca2+	12.2	c（OH-）=1.8mol?L-1

（3）實驗室用貝殼與稀鹽酸反應制備并收集氣體，下列裝置中合理的是

b、d

．

（4）常溫下，H₂SO₃的電離常數K_a1=1.2×10^-2，K_a2=6.3×10^-8；H₂CO₃的電離常數K_a1=4.5×10^-7，K_a2=4.7×10^-11．某同學設計實驗驗證H₂SO₃酸性強于H₂CO₃：將SO₂和CO₂氣體分別通入水中至飽和，立即用酸度計測量溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H₂SO₃酸性強于H₂CO₃．該實驗設計不正確，錯誤在于

用于比較pH的兩種酸的物質的量濃度不相等

．
設計合理實驗驗證H₂SO₃酸性強于H₂CO₃（簡要說明實驗步驟、現象和結論）．

三種參考方案如下：
方案一：配制相同物質的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液．用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH．前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃．
方案二：將SO₂氣體依次通過NaHCO₃（或Na₂CO₃）溶液、酸性KMnO₄溶液、品紅溶液、澄清石灰水．品紅溶液不褪色，且澄清石灰水變渾濁，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃．
方案三：將CO₂氣體依次通過NaHSO₃（或Na₂SO₃）溶液、品紅溶液．品紅溶液不褪色，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃

．
儀器自選．
供選擇的試劑：CO₂、SO₂、Na₂CO₃、NaHCO₃、Na₂SO₃、NaHSO₃、蒸餾水、飽和石灰水、酸性KMnO₄溶液、品紅溶液、pH試紙．

Answer 1

分析：實驗室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、、Br^-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl₂和Br₂，應將混合物中的Mg²⁺、SO₄^2-、Br^-等離子除去，根據流程可以看出分別加入氯氣將溶液中的Br^-氧化溴單質，加入氯化鋇除去SO₄^2-，用CaO調節溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺．
（1）單質溴極易溶于有機溶劑，所以可以采用萃取的方法，萃取的主要儀器是分液漏斗；
（2）分析表中數據可知pH大于11時Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2時，Ca²⁺開始沉淀，所以理論上可選擇pH最大范圍是11.0≤pH＜12.2；除雜時不能引入新的雜質；
（3）CO₂的密度大于空氣中的，所以采用向上排空氣發收集CO₂氣體．若采用長頸漏斗時，長頸漏斗的下端必需插入到溶液中，以防止CO₂氣體從長頸漏斗中揮發出來；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強弱，必需使二者的濃度相同，但是SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度顯然不相等（因為二者的溶解度不同），所以該實驗設計不正確；要檢驗酸性強弱，可以采用多種方法，例如利用水解原理（酸越弱相應的強堿鹽就越易水解），也可以利用較強的酸制取較弱的酸來檢驗．

解答：解：（1）氯氣具有強氧化性，通入氯氣后可以將溶液中的Br^-氧化溴單質，因為單質溴極易溶于有機溶劑，所以可以采用萃取的方法，萃取的主要儀器是分液漏斗．由流程圖可知單質溴在下層，因此該有機溶劑的密度要比水的大且不溶于水，所以該試劑是CCl₄，故答案為：四氯化碳；分液漏斗；
（2）由于SO₄^2-會與Ca²⁺結合形成微溶性的硫酸鈣而影響氯化鈣的制備，因此必需除去；由表中數據可知pH大于11時Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2時，Ca²⁺開始沉淀，所以理論上可選擇pH最大范圍是11.0≤pH＜12.2；因為不能引入新的雜質，所以酸化溶液Z時，使用的試劑應該為鹽酸，故答案為：除去溶液中的SO₄^2-；11.0≤pH＜12.2；鹽酸；
（3）實驗室制取CO₂的特點是固體和液體反應且不需要加熱，由于鹽酸易揮發，因此在收集之前需要出去揮發出HCl氣體，因為CO₂的密度大于空氣中的，所以采用向上排空氣發收集CO₂氣體．若采用長頸漏斗時，長頸漏斗的下端必須插入到溶液中，以防止CO₂氣體從長頸漏斗中揮發出來，因此選項b、d正確，故答案為：b、d；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強弱，必需使二者的濃度相同，但是SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度顯然不相等（因為二者的溶解度不同），所以該實驗設計不正確；要檢驗酸性強弱，可以采用多種方法，例如利用水解原理（酸越弱相應的強堿鹽就越易水解），也可以利用較強的酸制取較弱的酸來檢驗．由于SO₂和CO₂氣體均可以使飽和石灰水變混濁，所以CO₂氣體在通入飽和石灰水之前必需除去CO₂氣體中混有的SO₂氣體，故答案為：
三種參考方案如下：
方案一：配制相同物質的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH．前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃．
方案二：將SO₂氣體依次通過NaHCO₃（Na₂CO₃）溶液、酸性KMnO₄溶液、品紅溶液、澄清石灰水．品紅溶液不褪色、且澄清石灰水變混濁，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃．
方案三：將CO₂氣體依次通過NaHSO₃（Na₂SO₃）溶液、品紅溶液．品紅溶液不褪色，證明H₂SO₃酸性強于H₂CO₃．

點評：本題主要考察常見的基本實驗操作、儀器的使用、離子的除雜和實驗方案設計，綜合性強．