Question

4．某科研小組用MnO₂的濃鹽酸制備Cl₂時，利用剛吸收過少量SO₂的NaOH溶液對尾氣進行吸收處理，如圖所示：
（1）裝置連接好后，應先檢查裝置氣密性，方法是向C中加水至淹沒長導管，微熱圓底燒瓶，觀察C中長導管是否有氣泡冒出，冷卻后是否形成一段水柱．
（2）盛濃鹽酸的儀器名稱是分液漏斗；圓底燒瓶中發生反應的離子方程式是MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；飽和食鹽水的作用是除去氯氣中混有的HCl．
（3）吸收Cl₂時首先發生的反應時Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH═2NaCl+Na₂SO₄+H₂O．吸收尾氣一段時間后，吸收液（強堿性）中肯定存在Cl^-、SO₄^2-和OH^-．請設計實驗，探究該吸收液中可能存在的其他陰離子（不考慮空氣中CO₂的影響）．
①提出合理假設：
假設1：只存在SO₃^2-；
假設2：只存在ClO^-；
假設3：既不存在SO₃^2-，也不存在ClO^-；
②吸收液中可能存在ClO^-的原因是Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O（用離子方程式表示）．
③設計實驗方案，進行實驗．請在表中補充實驗步驟以及預期現象和結論．限選實驗試劑：3mol/L H₂SO₄溶液，1mol/L NaOH溶液、0.01mol/L KMnO₄溶液、品紅溶液、淀粉KI溶液．

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取少量吸收液于試管中，滴加3mol/L H2SO4溶液至溶液呈酸性，然后將所得溶液分別置于A、B試管中	/
步驟2：向A試管中滴加1-2滴0.01mol/LKMnO4溶液	Ⅰ：若溶液紫紅色褪去，則假設1成立； Ⅱ：若溶液紫紅色不褪去，則假設2或3成立，
步驟3：向B試管中滴加1-2滴淀粉KI溶液	Ⅰ：若溶液變藍色，則假設1成立； Ⅱ：若溶液不變藍色，結合步驟2中的II，假設3成立，

Answer 1

分析 （1）根據若裝置的氣密性良好，則在燒瓶受熱后，氣體膨脹，會導致C中有氣泡冒出、冷卻后氣體收縮，則導管中會形成一段水柱來分析；
（2）根據儀器的結構來分析；根據用MnO₂的濃鹽酸制備Cl₂的化學方程式來書寫離子方程式；用此反應制取的氯氣中混有大量的HCl，HCl極易溶于水，而氯氣在水溶液中的溶解度本來就不大，NaCl的存在會降低氯氣的溶解度；
（3）①根據反應原理：Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH═2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，可假設：1、溶液中可能存在只存在SO₃²，2、只存在ClO^-；3：既不存在SO₃^2-，也不存在ClO^-；
②當吸收液中SO₃²的完全反應后，通入的氯氣會與OH^-反應；
③根據所限制實驗試劑和SO₃^2-、ClO^-的性質，先加入硫酸至酸性，若存在SO₃^2-或ClO^-，分別生成了H₂SO₃和HClO；因為HClO具強氧化性，選擇淀粉KI試液，證明有ClO^-的存在；H₂SO₃具有還原性，選擇具有強氧化性的高錳酸鉀溶液，證明SO₃^2-的存在．

解答 解：（1）根據若裝置的氣密性良好，則在燒瓶受熱后，氣體膨脹，會導致C中有氣泡冒出、冷卻后氣體收縮，則導管中會形成一段水柱，故氣密性的檢查方法是：向C中加水至淹沒長導管，微熱圓底燒瓶，觀察C中長導管是否有氣泡冒出，冷卻后是否形成一段水柱，
故答案為：向C中加水至淹沒長導管，微熱圓底燒瓶，觀察C中長導管是否有氣泡冒出，冷卻后是否形成一段水柱；
（2）根據儀器的結構可知為分液漏斗；用MnO₂的濃鹽酸制備Cl₂的化學方程式：MnO₂+4HCl（濃）$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O，此反應中能拆的為HCl和MnCl₂，故離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；鹽酸是揮發性酸，濃鹽酸在受熱時極易揮發用，故用此反應制取的氯氣中混有大量的HCl，而HCl極易溶于水，但氯氣在水溶液中的溶解度本來就不大，NaCl的存在又會降低氯氣的溶解度，故將制得的氯通過飽和食鹽水可以除去其中的HCl，
故答案為：分液漏斗；MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;加熱\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；除去氯氣中混有的HCl；
（3）①②由于通入氯氣后首先發生反應：Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH═2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，可提出以下假設：
假設1、當吸收液中SO₃²過量時，溶液中可能存在只存在SO₃²；
假設2、當氯氣過量時，過量氯氣會繼續與OH^-反應，溶液中可能只存在ClO^-；
假設3、當通入的氯氣和吸收液中SO₃²的恰好完全反應時，既不存在SO₃^2-也不存在ClO^-，
故答案為：①只存在SO₃^2-；②Cl₂+2OH^-=Cl^-+ClO^-+H₂O；
③因為吸收液呈堿性，先取少量吸收液于試管中，滴加3moL-L^-1 H₂SO₄至溶液呈酸性，然后將所得溶液分置于A、B試管中先加入硫酸的試管，若存在SO₃^2-或ClO^-，分別生成了H₂SO₃和HClO；
在A試管中滴加0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，若紫紅色褪去，證明有SO₃^2-，即假設I成立；如果紫色不褪色，則無SO₃^2-，即假設II或假設III成立；
在B試管中滴加淀粉KI溶液，若溶液變變藍，證明有ClO^-；如果不變藍，則無ClO^-，結合步驟2中的II，則假設3成立；
故答案為：

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取少量吸收液于試管中，滴加3mol/L H2SO4溶液至溶液呈酸性，然后將所得溶液分別置于A、B試管中	/
步驟2：向A試管中滴加1-2滴0.01mol/LKMnO4溶液	Ⅰ：若溶液紫紅色褪去，則假設1成立 Ⅱ：若溶液紫紅色不褪去，則假設2或3成立
步驟3：向B試管中滴加1-2滴淀粉KI溶液	Ⅰ：若溶液變藍色，則假設1成立 Ⅱ：若溶液不變藍色，結合步驟2中的II，假設3成立

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點評 本題屬于實驗探究題，要根據實驗原理提出假設，再結合物質的性質加以驗證，如利用次氯酸的酸性和漂白性驗證是否含有次氯酸根離子，利用亞硫酸的還原性驗證是否含有亞硫酸根離子．