Question

4．為驗證氧化性Cl₂＞Fe³⁺＞SO₂，某小組用下圖所示裝置進行實驗（夾持儀器和 A中加熱裝置已略）．實驗過程：
①檢查裝置氣密性后，在各儀器中添加相應試劑．
②打開彈簧夾K₁～K₄，通入一段時間N₂，將T型管插入B中，繼續通入N₂，然后關閉K₁、K₃、K₄．
③打開活塞a，滴加一定量的濃鹽酸，加熱A．
④當B中溶液變黃時，停止加熱，夾緊彈簧夾K₂．
⑤打開活塞b，使約2mL的溶液流入D試管中，檢驗其中的離子．
⑥打開彈簧夾K₃、活塞c，加入70%的硫酸，一段時間后夾緊彈簧夾K₃．
⑦更換試管D，重復過程⑤，檢驗B溶液中的離子．

試回答下列問題：
（1）檢驗圖中虛線框內裝置氣密性的具體操作是關閉K₁、K₂，打開分液漏斗的蓋子和活塞，向其中加入水，一段時間后分液漏斗尖嘴處不再滴液即證明氣密性良好．
（2）C中發生反應的化學方程式為Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
（3）若將制取的SO₂通入酸性高錳酸鉀溶液可使溶液褪色，其離子方程式為2MnO₄^-+5SO₂+4H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺．
（4）B中的棉花通常會浸潤NaOH溶液試劑；實驗②中通入N₂的作用是排除裝置中的空氣，防止FeCl₂溶液被O₂氧化．
（5）甲、乙、丙三位同學分別完成了上述實驗，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⑤B溶液中含有的離子	過程⑦B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⑥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）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）（墨綠色）
提出假設：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．某同學設計如下實驗，證實該假設成立：

①溶液E和F分別為Na₂SO₃（或可溶性亞硫酸鹽）、FeCl₃．
②請結合方程式和化學平衡原理解釋步驟3中紅棕色溶液顏色變為淺綠色的原因Fe³⁺與SO₃^2-反應Fe³⁺+SO₃^2-=Fe²⁺+SO₄^2-，使c（SO₃^2-）減小，平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）逆向移動，溶液顏色由紅棕色變為淺綠色．

Answer 1

分析 （1）根據大氣壓強原理來檢驗裝置的氣密性：關閉K₁、K₂，打開分液漏斗的蓋子和活塞，向其中加入水，觀察一段時間后分液漏斗尖嘴處是否滴液；
（2）亞硫酸鈉可以和較濃的硫酸之間反應生成硫酸鈉和水以及二氧化硫；
（3）SO₂通入酸性高錳酸鉀溶液，二者之間可以發生氧化還原反應；
（4）裝置A是制備氯氣的，氯氣有毒，要用氫氧化鈉進行吸收，FeCl₂溶液容易被O₂氧化；
（5）溶液顯酸性，檢驗硫酸根離子應選擇氯化鋇溶液；乙中第一次，說明氯氣不足，氯氣氧化性大于鐵離子，第二次有硫酸根離子，說明發生二氧化硫與鐵離子的反應，則氧化性鐵離子大于二氧化硫丙中第一次有Fe³⁺，無Fe²⁺，則氯氣的氧化性大于鐵離子，第二次有亞鐵離子，說明發生二氧化硫與鐵離子的反應，則氧化性鐵離子大于二氧化硫；
（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；
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．

解答 解：（1）根據大氣壓強原理來檢驗裝置的氣密性：關閉K₁、K₂，打開分液漏斗的蓋子和活塞，向其中加入水，一段時間后分液漏斗尖嘴處不再滴液即證明氣密性良好．
故答案為：關閉K₁、K₂，打開分液漏斗的蓋子和活塞，向其中加入水，一段時間后分液漏斗尖嘴處不再滴液即證明氣密性良好；
（2）亞硫酸鈉可以和較濃的硫酸之間反應生成硫酸鈉和水以及二氧化硫，即Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O．
故答案為：Na₂SO₃+H₂SO₄=Na₂SO₄+SO₂↑+H₂O；
（3）二氧化硫具有還原性，高錳酸鉀具有氧化性，SO₂通入酸性高錳酸鉀溶液，二者之間可以發生氧化還原反應：2MnO₄^-+5SO₂+4H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺，故答案為：2MnO₄^-+5SO₂+4H₂O=2Mn²⁺+5SO₄^2-+4H⁺；
（4）裝置A是制備氯氣的，二氧化錳與濃鹽酸加熱反應生成氯化錳、氯氣和水，氯氣有毒，要用氫氧化鈉進行吸收，由于裝置中含有空氣，而空氣的存在，會對實驗產生干擾，所以通入氮氣的目的是排除裝置中的空氣，防止FeCl₂溶液被O₂氧化，
故答案為：NaOH溶液；排除裝置中的空氣，防止FeCl₂溶液被O₂氧化；
（5）溶液顯酸性，檢驗硫酸根離子應選擇氯化鋇溶液；乙中第一次，說明氯氣不足，氯氣氧化性大于鐵離子，第二次有硫酸根離子，說明發生二氧化硫與鐵離子的反應，則氧化性鐵離子大于二氧化硫丙中第一次有Fe³⁺，無Fe²⁺，則氯氣的氧化性大于鐵離子，第二次有亞鐵離子，說明發生二氧化硫與鐵離子的反應，則氧化性鐵離子大于二氧化硫；故答案為：乙、丙；
（6）①實驗中溶液顯墨綠色，說明平衡向正反應方向移動，所以加入的應該是Na₂SO₃（或可溶性亞硫酸鹽）；而步驟2中溶液顯紅棕色，說明加入的應該是FeCl₃ ，
故答案為：Na₂SO₃（或可溶性亞硫酸鹽）；FeCl₃；
②由于Fe³⁺消耗 SO₃^2-，c（SO₃^2-）減小，使平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）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，使平衡Fe²⁺（aq）+SO₃^2-（aq）?FeSO₃（s）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的設計，涉及了氧化還原反應的判斷、化學實驗基本操作方法、氯氣的制備、氯氣、氯化鐵和SO₂性質的探究以及外界條件對平衡狀態的影響等知識，題目難度中等，明確裝置的作用及發生的反應是解答的關鍵，注意氧化性的比較是解答的難點．