Question

未來生活中金屬鈦的運用越來越廣泛，如可在催化劑TiO₂作用下，先用NaClO將CN^-（毒性很強）氧化成CNO^-，再在酸性條件下繼續被NaClO氧化成N₂和CO₂．環保工作人員在密閉系統中用如圖裝置進行實驗，以證明處理方法的有效性，并通過測定二氧化碳的量確定CN^-被處理的百分率．將濃縮后含CN^-離子的污水與過量NaClO溶液的混合液共200mL（其中CN^-的濃度為0.05mol?L^-1）倒入甲中，塞上橡皮塞，一段時間后，打開橡皮塞和活塞，使溶液全部放入乙中，關閉活塞．回答下列問題：
（1）中反應的離子方程式為

 

（2）乙中生成的氣體除N₂和CO₂外，還有HCl及副產物Cl₂等，上述實驗是通過測定二氧化碳的量來確定對CN^-的處理效果．則丙中加入的除雜試劑是

 

（填字母）
a．飽和食鹽水   b．飽和NaHCO₃溶液  c．濃NaOH溶液   d．濃硫酸
（3）丁在實驗中的作用是

 

，裝有堿石灰的干燥管的作用是

 

（4）戊中盛有含Ca（OH）₂0.02mol的石灰水，若實驗中戊中共生成0.82g沉淀，則該實驗中測得CN^-被處理的百分率等于

 

，請說明該測得值與實際處理的百分率相比偏高還是偏低

 

？簡要說明可能的原因

 

．
（5）請提出一個能提高準確度的建議（要有可操作性，不宜使操作變得過于復雜）

 

．

Answer 1

考點：性質實驗方案的設計,探究物質的組成或測量物質的含量

專題：實驗設計題

分析：（1）根據題意可知，甲中的反應為NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-；乙中的反應為酸性條件下CNO^-與NaClO反應生成N₂、CO₂和Cl₂，根據氧化還原反應配平；
（2）根據裝置可知，通過測定二氧化碳的量來確定對CN^-的處理效果，需要除去氯氣和氯化氫，其中裝置丙用于除去氯化氫，裝置丁用于除去氯氣，據此判斷丙中選用試劑；
（3）裝置丁為加熱的銅網，目的是除去混合氣體中的氯氣；堿石灰的作用吸收吸收空氣中的二氧化碳，避免影響二氧化碳的測定；
（4）根據碳原子守恒，計算出被處理的CN^-的物質的量，再利用200mL（其中CN^-的濃度0.05mol/L）求出CN^-被處理的百分率；處理的百分率偏低，說明反應生成二氧化碳沒有完全生成碳酸鈣沉淀，據此判斷可能原因；
（5）根據可能導致吸收率偏低的原因找出能提高準確度的建議．

解答： 解：（1）根據題意可知，甲中的反應為NaClO將CN^-離子氧化成CNO^-，NaClO具有強氧化性，被還原為Cl^-，反應離子方程式為：CN^-+ClO^-═CNO^-+Cl^-；乙中的反應為酸性條件下CNO^-與NaClO反應生成N₂、CO₂和Cl₂，反應離子方程式為：2CNO^-+6ClO^-+8H⁺═N₂↑+2CO₂↑+3Cl₂↑+4H₂O，
故答案為：CN^-+ClO^-=CNO^-+Cl^-、2CNO^-+2H⁺+3ClO^-=N₂↑+2CO₂↑+3Cl^-+H₂O；
（2）乙中生成的氣體除N₂和CO₂外，還有HCl及副產物Cl₂等，上述實驗是通過測定二氧化碳的量來確定對CN^-的處理效果，則除雜過程中既能除去雜質，不能導致二氧化碳的量發生變化，所以測量二氧化碳的質量前需要除去混合氣體中的氯化氫和氯氣，則裝置丙的目的是除去氯化氫，可以選用飽和食鹽水，所以a正確，
故答案為：a；
（3）根據（2）的分析可知，裝置丁的目的除去混合氣體中含有的氯氣；裝置戊的作用是測量生成二氧化碳的量，必須防止空氣的二氧化碳加入裝置戊，所以裝有堿石灰的干燥管的作用是吸收空氣中的二氧化碳，防止防止空氣中CO₂進入戊中影響測定準確度，
故答案為：去除Cl₂；防止空氣中CO₂進入戊中影響測定準確度；
（4）200mL（其中CN^-的濃度0.05mol/L）混合液中含有的CN^-的物質的量是：0.2L×0.05mol/L=0.01mol，根據碳原子守恒，最多生成0.01mol二氧化碳，所以石灰水過量，生成的碳酸鈣的物質的量是：

0.82g

100g/mol

=0.0082mol，反應生成的二氧化碳的物質的量為0.0082mol，
則CN^-的物質的量是為0.0082mol，CN^-被處理的百分率是：

0.0082mol

0.01mol

×100%=82%；
該測得值與工業實際處理的百分率相比總是偏低，可能的原因有：①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂、②CO₂產生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等，
故答案為：82%；偏低；①裝置乙、丙、丁中可能滯留有CO₂、②CO₂產生丁速度較快未與戊中丁澄清石灰水充分反應、③Cl₂、HCl在丙、丁中未吸收完全等；
（5）能提高準確度的建議有：建議一：不將甲中溶液一次全部加入乙中，改為分次加入，控制CO₂的產生速度；建議二：乙中瓶塞改為三孔塞，增加丁那個孔中插入一根導管到液面以下，反應結束后緩緩通入除去CO₂的空氣，使裝置中滯留的CO₂盡可能多到與Ca（OH）₂反應；建議三：將戊中澄清石灰水改為濃度較大到NaOH溶液，反應結束后戊中加入足量CaCl₂后測沉淀質量等，
故答案為：建議一：不將甲中溶液一次全部加入乙中，改為分次加入，控制CO₂的產生速度；
建議二：乙中瓶塞改為三孔塞，增加的那個孔中插入一根導管到液面以下，反應結束后緩緩通入除去CO₂的空氣，使裝置中滯留的CO₂盡可能多的與Ca（OH）₂反應；
建議三：將戊中澄清石灰水改為濃度較大的NaOH溶液，反應結束后向戊中加入足量CaCl₂后測沉淀質量．

點評：本題考查了電鍍后的廢水中CN^-離子的含量測定，該題是高考中的常見題型，屬于中等難度的試題，試題綜合性強，側重對學生能力的培養和訓練，有利于培養學生規范嚴謹的實驗設計、操作能力．