Question

實驗室制下列三種氣體
A．O₂：2KClO₃

MnO2  .

2KCl+3O₂↑
B．CO₂：

 

C．Cl₂：MnO₂+4HCl（濃）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
說明：Cl₂是一種黃綠色、有刺激性氣味、密度比空氣大、能溶于水的氣體．
（1）寫出制CO₂的反應方程式．
（2）有下列三種制氣裝置（如圖甲）和兩種集氣裝置（如圖乙）

①制取CO₂應選取的裝置是

 

，應選用Ⅲ裝置制取的氣體是

 

；
②用Ⅳ裝置收集Cl₂應從

 

口進氣，上述三種氣體中，能用Ⅴ裝置收集的氣體有

 

，應從

 

口進氣．
（3）A中制O₂后，從剩余固體中分離出MnO₂的操作有

 

（不需烘干），所用到的玻璃儀器有

 

．
（4）用100g 36.5%的濃鹽酸與足量MnO₂混合加熱，理論上能制得Cl₂的質量為

 

g，而實際收集到的Cl₂質量遠遠小于這個數值，若操作正確，裝置不漏氣，則可能的原因有（至少兩點）

 

（5）將8g KClO₃與1g MnO₂混合加熱制O₂，充分反應后冷卻，稱得試管內剩余固體質量為4.2g，
①請用兩種方法求生成KCl的質量
②計算結果表明，題目數據有問題，要使該題數據合理，可將KClO₃質量由8g改為a g，則a的取值范圍是

 

．

Answer 1

分析：（1）據實驗室制取二氧化碳的反應原理書寫方程式；
（2）①據實驗室制取二氧化碳、氯氣的反應物的狀態和反應條件選擇發生裝置；
②排水法收集不溶于水或不易溶于水的氣體，氯氣和二氧化碳能溶于水，故不能用排水法收集，利用排水法收集時，要從短管進氣，長管便于排水；
（3）氯化鉀易溶于水，二氧化錳不溶于水，所以從剩余固體中分離出MnO₂可用過濾的方法，并據過濾所用儀器回答；
（4）用100g 36.5%的濃鹽酸與足量MnO₂混合加熱，二氧化錳足量，說明鹽酸完全反應，據鹽酸的質量和方程式可計算出生成氯氣的質量；實際收集到的Cl₂質量遠遠小于這個數值，若操作正確，裝置的氣密性沒有問題，可能是容器內殘留一部分氯氣或收集時部分氯氣逸出導致，及二氧化錳與濃鹽酸反應，與稀鹽酸不反應引起的；
（5）①氯酸鉀充分反應，可據氯酸鉀的質量及方程式計算氯化鉀的質量；據質量守恒定律可知，固體質量的減少就是生成的氧氣的質量，據氧氣質量并結合方程式計算也可；
②計算氯酸鉀的取值范圍，可利用極值法分析，假設氯酸鉀完全分解和未分解兩種情況進行判斷．

解答：解：（1）實驗室制取二氧化碳用大理石或石灰石和稀鹽酸反應，同時生成氯化鈣、水和二氧化碳，方程式是：CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（2）①實驗室制取二氧化碳用大理石或石灰石和稀鹽酸反應，屬于固液常溫型，故制取CO₂應選取Ⅱ；Ⅲ裝置適用于固體和液體加熱制取氣體，根據三種氣體的反應原理可知，實驗室用二氧化錳和濃鹽酸加熱制取氯氣可用此裝置；
②排水法收集不溶于水或不易溶于水的氣體，氯氣和二氧化碳能溶于水，故不能用排水法收集，利用排水法收集時，要從短管進氣，長管便于排水；
（3）氯化鉀易溶于水，二氧化錳不溶于水，所以從剩余固體中分離出MnO₂可用過濾的方法，先溶解再過濾；過濾時所用的玻璃儀器有燒杯、玻璃棒、漏斗；
（4）用100g 36.5%的濃鹽酸與足量MnO₂混合加熱，二氧化錳足量，說明鹽酸完全反應，參加反應的鹽酸溶質的質量是：100g×36.5%=36.5g；
設理論上能制得Cl₂的質量為x
MnO₂+4HCl（濃）

△   .

MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O
     146                71
     36.5g              x

146

71

=

36.5g

x

   x=17.75g
實際收集到的Cl₂質量遠遠小于這個數值，若操作正確，裝置的氣密性沒有問題，可能是容器內殘留一部分氯氣或收集時部分氯氣逸出導致；濃鹽酸與足量MnO₂反應制取Cl₂，反應需要加熱，氯化氫易揮發，加熱時部分HCl揮發，同時反應消耗氯化氫，并生成水，隨反應的不斷進行濃鹽酸的濃度逐漸變稀，稀鹽酸不與MnO₂反應，所以氯氣的質量偏小，還可能是此原因；
（5）①方法1：生成氧氣的質量為：8g+1g-4.2g=4.8g；
設生成氯化鉀的質量為x，
2KClO₃

MnO2 .

△

2KCl+3O₂↑
            149   96
             x    4.8g
∴

149

96

=

x

4.8g

解得：x=7.45g；
方法2：
據題意：氯酸鉀和二氧化錳混合充分反應完全，則氯酸鉀完全分解，設生成氯化鉀的質量為y
2KClO₃

MnO2 .

△

2KCl+3O₂↑
 245         149   
 8g            y

245

149

=

8g

y

解得y≈4.9g
②所剩固體的質量=4.2g＜7.45g，也小于4.9g，所以題目有錯誤；
如果完全反應后剩余固體質量為4.2g，則生成的氯化鉀的質量是 4.2g-1g=3.2g
設氯酸鉀質量為b，
2KClO₃

MnO2 .

△

2KCl+3O₂↑
245         149
b           3.2g 

245

b

=

149

3.2g

解得：y≈5.3g；
假設氯酸鉀沒有反應，則其質量為：4.2g-1g=3.2g．
由于氯酸鉀一定會分解，只是分解完全與否的問題，所以氯酸鉀質量一定大于3.2g．故a的取值范圍是：3.2g＜a≤5.3g；
故答案為：
（1）CaCO₃+2HCl═CaCl₂+H₂O+CO₂↑；
（2）①Ⅱ；Cl₂；②a；O₂；d；
（3）溶解、過濾；燒杯、玻璃棒、漏斗；
（4）17.75；容器內有殘留的部分氯氣沒有排出來；隨著反應進行，鹽酸濃度變小，MnO₂與稀鹽酸不反應，該反應停止（合理均可）；
（5）①方法1：生成氯化鉀的質量是7.45g，方法2：生成氯化鉀的質量是4.9g；
②3.2g＜a≤5.3g．

點評：本題主要考查學生運用所學化學知識綜合分析和解決實際問題的能力，增加了學生分析問題的思維跨度，強調了學生整合知識的能力．