Question

13．為驗證氧化性Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂，某小組用如圖1所示裝置進行實驗（夾持儀器和A中加熱裝置已略，氣密性已檢驗）．

實驗過程：
Ⅰ．打開彈簧夾K₁～K₄，通過一段時間N₂，再將T型導管插入B中，繼續通入N₂，然后關閉K₁、K₂、K₄．
Ⅱ．打開活塞a，滴加一定量的濃鹽酸，給A加熱．
Ⅲ．當B中溶液變黃時，停止加熱，夾緊彈簧夾K₂．
Ⅳ．打開活塞b，使約2ml的溶液流入D試管中，檢驗其中的離子．
Ⅴ．打開彈簧夾K₂，活塞c，加入70%的硫酸，一段時間后夾緊彈簧夾K₂．
Ⅵ．更換試管D，重復過程Ⅳ，檢驗B溶液中的離子．
（1）過程Ⅰ的目的是排出裝置中的空氣，防止干擾實驗．
（2）棉花中浸潤的溶液為NaOH溶液．
（3）A中發生反應的化學方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O．
（4）用70%的硫酸制取SO₂，反應速率比用98%的硫酸快，原因是70%硫酸中氫離子濃度大于98%的硫酸，因此反應速率更快．
（5）甲、乙、丙三位同學分別完成了上述實驗，結論如下表所示，他們的檢測結果一定能夠證明氧化性Cl²＞Fe³⁺＞SO₂的是乙、丙（填“甲”、“乙”或“丙”）．

	過程Ⅳ：B溶液中含有的離子	過程Ⅵ：B溶液中含有的離子
甲	有Fe3+，無Fe2+	有SO42-
乙	既有Fe3+、又有Fe2+	有SO42-
丙	有Fe3+、無Fe2+	有Fe2+

（6）進行實驗過程Ⅴ時，B中溶液顏色由黃色逐漸變為紅棕色，停止通氣，放置一段時間后溶液顏色變為淺綠色．
  查閱資料：Fe²⁺（aq）+2SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨綠色）
  提出假設：FeCl₂與SO₂的反應經歷了中間產物FeSO₃，溶液的紅棕色是FeSO₃（墨綠色）與FeCl₃（黃色）的混合色．
  某同學設計如圖2實驗，證實該假設成立：
  ①溶液E和F分別為Na₂SO₃、FeCl₃．
  ②請用離子方程式解釋步驟3中溶液（酸性）由紅棕色變淺綠色的原因Fe³⁺消耗SO₃^2-，c（SO₃^2-）減小，平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨綠色）逆向移動，溶液顏色由紅棕色變為淺綠色．

Answer 1

分析 （1）空氣中氧氣具有氧化性，能干擾實驗；
（2）氯氣、二氧化硫都有毒，不能直接排空，且氯氣、二氧化硫都能和NaOH溶液反應生成無毒物質，可以用堿液吸收；
（3）加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳反應生成氯化錳、氯氣和水；
（4）溶液中氫離子濃度越大反應速率越快；
（5）溶液顯酸性，檢驗SO₄^2-應選擇BaCl₂溶液；乙中第一次，說明Cl₂不足，Cl₂氧化性大于Fe³⁺，第二次有SO₄^2-，說明發生SO₂與Fe³⁺的反應，則氧化性Fe³⁺＞SO₂；丙中第一次有Fe³⁺，無Fe²⁺，則氧化性Cl₂＞Fe³⁺，第二次有Fe²⁺，說明發生SO₂與Fe³⁺的反應，則氧化性Fe³⁺＞SO₂；
（6）增大反應物濃度平衡向正反應方向移動，減小反應物濃度，平衡逆向移動，根據混合物顏色變化判斷．

解答 解：（1）空氣中氧氣具有氧化性，能氧化亞鐵離子生成鐵離子而干擾實驗，為排除氧氣的干擾，用氮氣將裝置中的空氣排出，故答案為：排出裝置中的空氣，防止干擾實驗；
（2）氯氣、二氧化硫都有毒，不能直接排空，氯氣和水反應生成酸、二氧化硫屬于酸性氧化物，所以氯氣、二氧化硫都能和NaOH溶液反應生成無毒物質，可以用堿液吸收，則棉花浸潤的液體是NaOH溶液，
故答案為：NaOH溶液；
（3）加熱條件下，濃鹽酸和二氧化錳反應生成氯化錳、氯氣和水，反應方程式為MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O；
（4）溶液中氫離子濃度越大反應速率越快，98%濃硫酸中氫離子濃度小于70%硫酸，所以70%硫酸反應速率較快，故答案為：70%硫酸中氫離子濃度大于98%的硫酸，因此反應速率更快；
（5）溶液顯酸性，檢驗SO₄^2-應選擇BaCl₂溶液；乙中第一次，說明Cl₂不足，Cl₂氧化性大于Fe³⁺，第二次有SO₄^2-，說明發生SO₂與Fe³⁺的反應，則氧化性Fe³⁺＞SO₂；丙中第一次有Fe³⁺，無Fe²⁺，則氧化性Cl₂＞Fe³⁺，第二次有Fe²⁺，說明發生SO₂與Fe³⁺的反應，則氧化性Fe³⁺＞SO₂，
故答案為：乙、丙；
（6）①根據已知條件：FeCl₃與SO₂的反應經歷了中間產物FeSO₃，溶液的紅棕色是FeSO₃（墨綠色）與FeCl₃（黃色）的混合色，所以可以借助氯化鐵和亞硫酸鈉溶液來確定假設是否成立，故答案為：Na₂SO₃；FeCl₃；
②根據化學平衡：Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨綠色），步驟3中，Fe³⁺消耗SO₃^2-，c（SO₃^2-）減小，平衡逆向移動，溶液顏色由紅棕色變為淺綠色，
故答案為：Fe³⁺消耗SO₃^2-，c（SO₃^2-）減小，平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨綠色）逆向移動，溶液顏色由紅棕色變為淺綠色．

點評 本題考查性質實驗方案設計，為高頻考點，涉及實驗基本操作過程、化學平衡移動原理、物質的制備、化學反應速率影響因素等知識點，明確實驗原理是解本題關鍵，注意氧化性強弱比較是解答難點，注意（4）題氫離子濃度影響反應速率，為易錯點．