Question

12．某小組欲探究Cl₂的化學性質，設計以下反應實驗Cl₂+KOH+KI→KIO_X+KCl+H₂O（未配平）
Ⅰ【實驗方案】實驗裝置如圖

A  MnO₂      B  飽和食鹽水     C  KI、KOH混合溶液    D  AgNO₃溶液
E  NaOH溶液       F 濃鹽酸
（1）儀器A的名稱蒸餾燒瓶，制備時加入MnO₂應多余理論量，其原因是氯氣過量有利于反應充分進行，裝置A、B中氯氣有殘留
（2）當D裝置中出現渾濁（或有白色沉淀） 時，停止加熱．
Ⅱ【檢驗產物】
①精確取C中液體20.00mL（均勻）于錐形瓶中，加入KI（過量）和足量稀硫酸
②向上述錐形瓶中滴加淀粉指示劑，溶液變藍，用0.5000mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定至藍色剛好褪去，耗Na₂S₂O₃溶液25.20mL．
已知：原C中KI的濃度為0.1000mol/L；I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-
（1）寫出①的離子反應方程式（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O
（2）計算，x=3.15，其與理論值相比偏高（高或低），主要原因是C中有殘余氯氣，會氧化KI生成I₂
（3）若想修正此誤差，可采取的方法是加熱煮沸所取的20.00mL液體，趕走溶在其中的氯氣
Ⅲ【探究反思】
同學甲提出反應歷程猜想
①Cl₂先和 I^-反應生成I₂，I₂再和Cl₂反應生成 IO_X^-
②Cl₂先和 OH^-反應生成 ClO^-，ClO^-氧化I^-直接生成IO_X^-
（1）甲同學在KI、KOH混合溶液中加入淀粉指示劑，滴入一滴新制氯水后，溶液迅速變藍，他認為此現象可證實猜想①
（2）甲同學想測滴入氯水后用pH試紙測溶液pH，從pH變化以進一步證實猜想．乙同學認為應用pH計實驗．pH試紙不宜使用的原因是溶液為藍色，影響pH試紙顏色觀察
（3）不斷加入氯水，由pH計測得數據作圖如下，請分別寫出圖象對應的猜想．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根據氧氣A的構造可知其名稱為蒸餾燒瓶；根據裝置中有殘留氯氣，且氯氣過量有利于反應充分進行角度進行分析；
（2）D裝置盛放的是硝酸銀溶液，用于判斷氯氣是否過量，當D中有白色沉淀生成時，則氯氣已經過量，應該停止加熱；
Ⅱ．（1）I^-和IO_X^-在酸性條件下反應生成碘單質，根據化合價變化配平該反應的離子方程式；
（2）根據消耗的硫代硫酸鈉的物質的量及反應方程式計算出生成碘單質的物質的量，結合方程式計算出消耗碘酸根離子的物質的量；根據原C溶液中碘化鉀的濃度可知生成碘酸根離子濃度，從而得出x；理論上x應該為3，根據計算結果判斷偏高還是偏低，并分析造成該結果的原因；
（3）通過加熱的方法可以剛走裝置中氯氣；
Ⅲ．（1）滴入一滴新制氯水后，溶液迅速變藍，說明氯氣先將碘離子氧化成碘單質；
（2）碘單質遇到淀粉顯示藍色，影響觀察pH的顏色；
（3）第一個圖象中溶液pH在開始階段不變，一段時間后溶液pH減小，第二個圖象中溶液的pH在開始階段就逐漸減小，說明氫氧根離子參與了反應，據此結合猜想進行判斷．

解答 解：Ⅰ．（1）根據圖示可知，A的名稱為蒸餾燒瓶；反應Cl₂+KOH+KI→KIO_X+KCl+H₂O中，氯氣過量有利于反應充分進行，且裝置A、B中氯氣有殘留，所以制備時加入的MnO₂應大于理論量，
故答案為：蒸餾燒瓶；氯氣過量有利于反應充分進行，裝置A、B中氯氣有殘留；
（2）當氯氣過量時，裝置D中硝酸銀溶液會變渾濁，所以當D中出現渾濁（或有白色沉淀）時，停止加熱，
故答案為：渾濁（或有白色沉淀）；
Ⅱ．（1）I^-和IO_X^-在酸性條件下反應生成碘單質，IO_X^-中碘元素的化合價為（2x-1）價，反應后變?yōu)?價，化合價變化為（2x-1），碘離子的化合價為-1，反應后變?yōu)?價，化合價變化為1，則碘離子的系數為（2x-1），IO_X^-的系數為1，然后根據質量守恒配平可得：（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O，
故答案為：（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O；
（2）0.5000mol/L的Na₂S₂O₃溶液滴定至藍色剛好褪去，耗Na₂S₂O₃溶液25.20mL，消耗硫代硫酸鈉的物質的量為：0.5000mol/L×0.0252L=0.0126mol，根據反應I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-可知，消耗碘單質的物質的量為：0.0126mol×$\frac{1}{2}$=0.0063mol，
原C中KI的濃度為0.1000mol/L，根據質量守恒，反應后生成IO_X^-的濃度也是0.1000mol/L，則20mL該溶液中含有IO_X^-的物質的量為：0.1000mol/L×0.02L=0.002mol，根據反應：（2x-1）I^-+IO_X^-+2xH⁺=xI₂+xH₂O可知0.002molIO_X^-完全反應生成碘單質的物質的量為：0.002mol×x=0.0063mol，解得：x=3.15；理論上x應該為3，所以比理論值偏高；可能是裝置C中有殘余氯氣，會氧化KI生成I₂，導致x偏高，
故答案為：3.15； 偏高；C中有殘余氯氣，會氧化KI生成I₂；
（3）裝置C反應后的溶液中含有氯氣會影響測定結果，可加熱煮沸所取的20.00mL液體，趕走溶在其中的氯氣，
故答案為：加熱煮沸所取的20.00mL液體，趕走溶在其中的氯氣；
Ⅲ．（1）甲同學在KI、KOH混合溶液中加入淀粉指示劑，滴入一滴新制氯水后，溶液迅速變藍，則反應歷程為Cl₂先和I^-反應生成I₂，所以猜想①正確，
故答案為：①；
（2）氯氣將碘離子氧化成碘單質，碘單質遇到淀粉顯示藍色，干擾了觀察pH的顏色變化，所以不能使用pH，應該選用pH計，
故答案為：溶液為藍色，影響pH試紙顏色觀察；
（3）根據圖象可知，第一個圖象中，在開始階段溶液的pH不變，之后溶液的pH逐漸減小，這與猜想①“Cl₂先和 I^-反應生成I₂，I₂再和Cl₂反應生成 IO_X^-
”一致，所以該圖象證明猜想①成立；
第二個圖象中，通入氯氣后溶液pH立刻下降，與猜想②“Cl₂先和 OH^-反應生成 ClO^-，ClO^-氧化I^-直接生成IO_X^-”一致，所以該圖象證明猜想②成立，
故答案為：①； ②．

點評 本題考查了性質實驗方案的設計與評價，題目難度中等，明確實驗目的及實驗原理為解答關鍵，試題側重考查學生的分析、理解能力及邏輯推理能力，注意掌握物質性質實驗方案設計與評價原則．