Question

3．某化學活動小組設計如圖所示（部分夾持裝置已略去）實驗裝置，以探究潮濕的Cl₂與Na₂CO₃反應得到的固體物質．

（1）寫出裝置A中發生反應的離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）寫出試劑Y的名稱：飽和食鹽水．
（3）已知：通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，其為含氯氧化物．可以確定的是C中含有的氯鹽只有一種，且含有NaHCO₃，現對C成分進行猜想和探究．
①提出合理假設：
假設一：存在兩種成分：NaHCO₃和NaCl．
假設二：存在三種成分：NaHCO₃和NaCl、Na₂CO₃．
②設計方案，進行實驗．請寫出實驗步驟以及預期現象和結論（可不填滿）．
限選實驗試劑和儀器：蒸餾水、稀硝酸、BaCl₂溶液、澄清石灰水、AgNO₃溶液、試管、小燒杯．

實驗步驟	預期現象和結論
步驟1：取C中的少量固體樣品于試管中，滴加 足量蒸餾水至固體溶解，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BaCl2溶液	①若無明顯現象，證明固體中不含碳酸鈉； ②若溶液變渾濁，證明固體中含有碳酸鈉．
步驟3：向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液	若溶液變渾濁，結合步驟2中的①，則假設 一成立；結合步驟2中的②，則假設二成立．

（4）己知C中有0.1mol Cl₂參加反應．若假設一成立，可推知C中反應的化學方程式為2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
（5）常溫下Na₂CO₃和NaHCO₃均為0.1mol/L的混合溶液中，c（OH^-）-c（H⁺）=$\frac{3}{2}$c（H₂CO₃）+$\frac{1}{2}$c（HCO₃^-）-$\frac{1}{2}$c（CO₃^2-）（用含碳元素的粒子濃度表示），在該溶液中滴加稀鹽酸至中性時，溶液中溶質的成分有NaCl、NaHCO₃．

Answer 1

分析 （1）二氧化錳與濃鹽酸在加熱條件下生成氯氣、氯化錳和水；
（2）制備氯氣中含有氯化氫氣體，氯化氫易溶于水，氯氣在飽和食鹽水中溶解度不大，需要用飽和食鹽水除去氯化氫；
（3）在裝置C中通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體（含氯氧化物）．C中含氯元素的鹽只有一種，且含有NaHCO₃．
假設存在兩種成分，為NaHCO₃和NaCl；
假設存在三種成分，應還有未完全反應的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．
步驟2中向A試管中滴加適量BaCl₂溶液，是檢驗產物中是否有Na₂CO₃；
步驟3應是檢驗氯離子，應向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液變渾濁，證明固體中含有NaCl；
（4）依據氧化還原反應電子守恒計算判斷氯元素化合價寫出化合物化學式，依據反應物和生成物配平書寫化學方程式；
（5）依據碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液中存在的質子守恒表達式計算解答；
鹽酸先和碳酸鈉反應，生成碳酸氫鈉方程式為：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，碳酸氫鈉再和鹽酸反應，生成CO₂
方程式為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，完全反應后，CO₂溶于水顯酸性，溶液呈中性，說明NaHCO₃（堿性）應有剩余．

解答 解：（1）實驗室用二氧化錳和濃鹽酸制氯氣，離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^- $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）制備氯氣中含有氯化氫氣體，需要用飽和食鹽水除去，故答案為：飽和食鹽水；
（3）①在裝置C中通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體（含氯氧化物），C中含氯元素的鹽只有一種，且含有NaHCO₃．
假設存在兩種成分，為NaHCO₃和NaCl；
假設存在三種成分，應還有未完全反應的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．
故答案為：NaCl；NaCl；Na₂CO₃；
②步驟2中向A試管中滴加適量BaCl₂溶液，是檢驗產物中是否有Na₂CO₃；
步驟3應是檢驗氯離子，應向B試管中滴加過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液變渾濁，證明固體中含有NaCl；
故答案為：BaCl₂溶液；過量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液；
（4）C中有0.1mol Cl₂參加反應．裝置C中通入一定量的氯氣后，測得D中只有一種常溫下為黃紅色的氣體，若假設一成立，反應為Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依據氧化還原反應電子守恒計算判斷氯元素化合價為+1價：可推知C中反應生成的含氯氧化物為Cl₂O；反應的化學方程式為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O．
故答案為：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃═2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O；
（5）根據質子守恒，對于Na₂CO₃溶液中：c（OH^-）=c（H⁺）+2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-），NaHCO₃溶液中：c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃），兩者等濃度、等體積混合后，溶液中兩種溶質的物質的量相等，所以，將上述兩式疊加：[c（OH^-）=c（H⁺）+2c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）]+[c（OH^-）+c（CO₃^2-）=c（H⁺）+c（H₂CO₃）]，移項，即得2c（OH^-）-2c（H⁺）=3c（H₂CO₃）+c（HCO₃^-）-c（CO₃^2-），
c（OH^-）-c（H⁺）=$\frac{3}{2}$c（H₂CO₃）+$\frac{1}{2}$c（HCO₃^-）-$\frac{1}{2}$c（CO₃^2-）；
鹽酸先和碳酸鈉反應，生成碳酸氫鈉方程式為：Na₂CO₃+HCl=NaHCO₃+NaCl，碳酸氫鈉再和鹽酸反應，生成CO₂
方程式為：NaHCO₃+HCl=NaCl+CO₂↑+H₂O，完全反應后，CO₂溶于水顯酸性，溶液呈中性，說明NaHCO₃（堿性）應有剩余，所以溶液中溶質的成分：NaCl、NaHCO₃；
故答案為：$\frac{3}{2}$c（H₂CO₃）+$\frac{1}{2}$c（HCO₃^-）-$\frac{1}{2}$c（CO₃^2-）；NaCl、NaHCO₃．

點評 本題為綜合題，考查了氯氣的實驗室制備、以及氯氣的化學性質、離子的檢驗知識，鹽類的水解平衡、電離平衡，題目難度中等，掌握物質性質和實驗設計方法是解題關鍵．