Question

12．某化學興趣小組的同學利用下圖所示實驗裝置進行實驗（圖中a、b、c表示止水夾）．

請按要求填空：
（1）利用B裝置可制取的氣體有H₂、CO₂（填2種）．
（2）A、C、E相連后的裝置可用于制取Cl₂并進行相關的性質實驗．若在丙中加入適量水，即可制得氯水．將所得氯水分成兩份，進行Ⅰ、Ⅱ兩個實驗，實驗操作、現(xiàn)象結論如下：

實驗序號	實驗操作	現(xiàn)象	結論
Ⅰ	將氯水滴入品紅溶液	溶液褪色	氯氣與水反應的產物有漂白性
Ⅱ	氯水中加入 NaHCO3粉末	有無色氣泡產生	氯氣與水反應的產物具有較強的酸性

請你評價實驗Ⅰ、Ⅱ的結論是否合理？若不合理，請說明理由．實驗Ⅰ結論不合理，因為Cl₂也有氧化性，此實驗無法確定是Cl₂還是HClO漂白；實驗Ⅱ結論不合理，因為制取的氯氣中含有HCl氣體，HCl溶于水后能與NaHCO₃粉末反應產生氣泡
（3）請利用上述A、C裝置設計一個簡單的實驗，驗證Cl₂和Br₂的氧化性強弱（分別指出甲、乙、丙中盛裝的試劑、實驗現(xiàn)象及結論）在甲、乙、丙中分別裝入濃鹽酸、MnO₂、NaBr溶液，燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變?yōu)槌壬�，證明Cl₂的氧化性強于Br₂．
（4）B、D、E裝置相連后，在B中盛裝足量濃硝酸和銅片（放在有孔塑料板上），可制得NO₂并進行有關實驗．B中發(fā)生反應的化學方程式為Cu+4HNO₃（濃）=Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O．欲用D裝置驗證NO₂與水的反應，其操作步驟為：先關閉止水夾a、b，再打開止水夾c，使燒杯中的水進入試管丁的操作是雙手緊握（或微熱）試管丁使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管丁．試管丁中的NO₂與一定量的O₂混合后倒插水中，試管$\frac{9}{10}$充滿水，則原試管丁中的混合氣體的平均分子量可能為42.08或44.04．（保留二位小數(shù)）

Answer 1

分析 （1）B裝置為塊狀不溶于水的固體和液體反應制取氣體的裝置，并不用加熱，根據(jù)反應的特點分析；
（2）氯氣與水反應生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使品紅溶液褪色，鹽酸易揮發(fā)，制備的氯氣中含有HCl氣體；
（3）驗證Cl^-和Br^-的還原性強弱可根據(jù)反應Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂設計實驗；
（4）濃硝酸具有強氧化性，與銅反應生成二氧化氮氣體，NO₂與水反應生成無色氣體NO；NO₂與一定量的O₂混合后倒插水中，剩余氣體為NO或氧氣，以此計算．

解答 解：（1）B裝置為塊狀不溶于水的固體和液體反應制取氣體的裝置，并不用加熱，中學中常見的有H₂、CO₂、NO₂、NO、C₂H₂ H₂S 等，
故答案為：H₂、CO₂；
（2）氯氣與水反應生成次氯酸，次氯酸具有漂白性，能使品紅溶液褪色，A裝置制備的氯氣中含有HCl氣體，在實驗中沒有進行除雜，
HCl溶于水后能與碳酸氫鈉粉末反應產生氣泡，所以實驗Ⅰ結論合理，實驗Ⅱ結論不合理，
故答案為：實驗Ⅰ結論不合理，因為Cl₂也有氧化性，此實驗無法確定是Cl₂還是HClO漂白；實驗Ⅱ結論不合理，因為制取的氯氣中含有HCl氣體，HCl溶于水后能與NaHCO₃粉末反應產生氣泡；
（3）驗證Cl^-和Br^-的還原性強弱可根據(jù)反應Cl₂+2Br^-=2Cl^-+Br₂設計實驗，在A裝置中制備氯氣，生成的氣體通入到裝有溴化鈉溶液的C中，如燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變?yōu)槌壬�，可證明氯氣的氧化性強于溴，則Br^-的還原性強于Cl^-，
故答案為：在甲、乙、丙中分別裝入濃鹽酸、MnO₂、NaBr溶液，燒瓶中有黃綠色氣體生成，試管中溶液由無色變?yōu)槌壬�，證明Cl₂的氧化性強于Br₂；
（4）濃硝酸具有強氧化性，與銅反應生成二氧化氮氣體，B中反應的化學方程式為Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O，D裝置驗證NO₂與水的反應，要先關閉a、b，再打開c，雙手緊握（或微熱）試管丁使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管�。�
NO₂和O₂混合氣體的試管倒立于水中，發(fā)生反應：4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ 最后剩余氣體可能為氧氣，也可能是NO氣體，設NO₂和O₂混合氣體的物質的量為10mol，
若剩余氣體為氧氣，設參加4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃ 反應消耗的氧氣為x，則有消耗的NO₂為4x，即：5x=9mol，x=1.8mol．即氧氣為2.8mol，V（NO₂）=7.2mol；
混合氣體的總質量為7.2molNO₂與2.8molO₂的質量之和為7.2mol×46g/mol+2.8mol×32g/mol=420.8g，平均摩爾質量$\frac{420.8g}{10mol}$=42.08g/mol，平均分子量42.08；
若剩余氣體為NO氣體，試管9/10充滿水，則剩余1molNO，根據(jù)3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO，說明過量的NO₂為3mol，反應4NO₂+O₂+2H₂O=4HNO₃消耗的氣體總體積為7mol，設反應消耗的氧氣為y，則有消耗的NO₂為4y則有5y=7mol，y=1.4mol，即此時氧氣為1.4mol，V（NO₂）=8.6mol；
混合氣體的總質量為8.6molNO₂與1.4molO₂的質量之和為8.6mol×46g/mol+1.4mol×32g/mol=440.4g，平均摩爾質量$\frac{440.4g}{10mol}$=44.04g/mol，平均分子量44.04；
故答案為：Cu+4HNO₃（濃）═Cu（NO₃）₂+2NO₂↑+2H₂O；a、b；c；雙手緊握（或微熱）試管丁使試管中氣體逸出，NO₂與水接觸后即可引發(fā)燒杯中的水倒流入試管��；
42.08或44.04．

點評 本題考查性質實驗方案的設計及實驗裝置的綜合應用，為高頻考點，注意制備氣體的實驗裝置和反應原理以及NO₂、O₂和H₂O反應的計算，把握物質的性質及實驗技能為解答的關鍵，側重分析、實驗及計算能力的綜合考查，題目難度中等．