Question

5．某化學小組用MnO₂和濃鹽酸共熱制取氯氣時，利用剛吸收過SO₂的NaOH溶液對尾氣進行吸收處理．請按要求回答下列問題：
（1）請寫出用此法制取Cl₂的離子方程式：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O．
（2）該尾氣吸收處理一段時間后，吸收液中（假設不含酸式鹽）肯定存在的陰離子有OH^-、SO₄^2-、Cl^-；對可能大量存在的其他陰離子（不考慮空氣中CO₂的影響）設計如下實驗進行探究．
①提出假設：
假設1：只存在SO₃^2-；假設2．只存在ClO^-；假設3：既存在SO₃^2-也存在ClO^-．
②質(zhì)疑討論：經(jīng)分析假設3不合理，理由是SO₃^2-具有強還原性，ClO^-具有強氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應而不能大量共存．
③實驗方案設計與分析：
限選試劑：3moL•L^-1 H₂SO₄、1moL•L^-1 NaOH、0.01mol•L^-1 KMnO₄紫色石蕊試液．
實驗步驟 預期現(xiàn)象和結(jié)論
步驟一：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．
步驟二：在A試管中滴加0.01mol•L^-1KMnO₄溶液，振蕩． 若紫紅色褪去，則說明假設1成立．
步驟三：在B試管中滴加紫色石蕊溶液，振蕩 若先變紅后褪色，則說明假設2成立．
（3）假設有224mL（標準狀況下）SO₂被15mL 1mol•L^-1的NaOH溶液完全吸收，得溶液X．忽略鹽類的水解，所得X溶液中溶質(zhì)正鹽的物質(zhì)的量為0.005mol．
若用0.2000mol•L^-1 KIO₃溶液恰好將上述溶液X中所有的硫元素氧化，還原產(chǎn)物為I₂，則消耗KIO₃溶液的體積為20L．

Answer 1

分析 （1）MnO₂和濃鹽酸加熱反應生成氯氣、氯化錳和水；
（2）利用剛吸收過少量SO₂的NaOH溶液吸收含有氯氣的尾氣，根據(jù)溶液中發(fā)生的反應分析存在的陰離子；
①可假設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^-；
②SO₃^2-具有還原性，ClO^-具有氧化性，二者不能共存；
③根據(jù)所限制實驗試劑和SO₃^2-、ClO^-的性質(zhì)，先加入硫酸至酸性，若存在SO₃^2-、ClO^-，分別生成了H₂SO₃和HClO；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；因為HClO具有強氧化性，紫色石蕊溶液，證明有ClO^-的存在；
（3）首先計算SO₂和NaOH的物質(zhì)的量，判斷反應產(chǎn)物，列方程式計算相關物理量；根據(jù)轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等來計算消耗KIO₃溶液的體積．

解答 解：（1）MnO₂和濃鹽酸加熱反應生成氯氣、氯化錳和水，其反應的離子方程式為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O，
故答案為：MnO₂+4H⁺+2Cl^-$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）利用剛吸收過少量SO₂的NaOH溶液吸收含有氯氣的尾氣，少量的SO₂與NaOH溶液反應生成Na₂SO₃，Na₂SO₃被氯氣氧化生成硫酸鈉，其反應方程式為Cl₂+Na₂SO₃+2NaOH=2NaCl+Na₂SO₄+H₂O，故一定存在SO₄^2-、Cl^-，
故答案為：SO₄^2-、Cl^-；
（3）由已知假設1、只存在SO₃^2-，假設3、既存在SO₃^2-也存在ClO^-，可知假設2為為：只存在ClO^-，
故答案為：只存在ClO^-；
②SO₃^2-具有強還原性，ClO^-具有強氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應而不能大量共存，
故答案為：SO₃^2-具有強還原性，ClO^-具有強氧化性，兩者發(fā)生氧化還原反應而不能大量共存；
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-、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-，則說明假設1成立；
在B試管中滴加紫色石蕊溶液，若溶液先變紅后褪色，證明有ClO^-，則說明假設2成立，
故答案為：0.01mol•L^-1KMnO₄溶液；紫紅色褪去；紫色石蕊溶液；先變紅后褪色；
（3）n （SO₂）=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，n（NaOH）=0.015L×1mol/L=0.015mol，
則反應的可能方程式有：SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O，SO₂+NaOH=NaHSO₃，
則有：2＞$\frac{n（NaOH）}{n（SO{\;}_{2}）}$=$\frac{3}{2}$＞1，
所以：所得產(chǎn)物為Na₂SO₃和NaHSO₃，
設所得產(chǎn)物中含Na₂SO₃為xmol，NaHSO₃為ymol則得方程組：$\left\{\begin{array}{l}{x+y=0.01\\;}\\{2x+y=0.015}\end{array}\right.$，解得：x=0.005，y=0.005，即正鹽的物質(zhì)的量為：0.005mol；
設0.2000mol•L^-1 KIO₃溶液VL恰好將上述溶液X中所有的硫元素氧化，還原產(chǎn)物為I₂，則KIO₃得電子總數(shù)為：0.2000mol/L×VL×（5-0），
X溶液中硫失電子總數(shù)為：0.01mol×（6-4），根據(jù)得失電子總數(shù)相等得：0.2000mol/L×VL×（5-0）=0.01mol×（6-4），解答V=20mL，
故答案為：0.005mol；20．

點評 本題屬于實驗探究題，要根據(jù)實驗原理提出假設，再結(jié)合物質(zhì)的性質(zhì)加以驗證，側(cè)重于考查學生的實驗探究能力和對知識的應用能力，題目難度中等．計算時注意先判斷反應產(chǎn)物，利用氧化還原反應中轉(zhuǎn)移電子數(shù)相等來計算可簡化計算過程．