Question

實驗室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO、Br^-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl₂和Br₂，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的試劑是

 

，所用主要儀器的名稱是

 

．
（2）加入溶液W的目的是

 

．
用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺．由表中數(shù)據(jù)可知，理論上可選擇的pH最大范圍是

 

．酸化溶液Z時，使用的試劑為

 

	開始沉淀時的pH	沉淀完全時的pH
Mg2+	9.6	11.0
Ca2+	12.2	c（OH-）=1.8mol?L-1

（3）實驗室用貝殼與稀鹽酸反應(yīng)制備并收集CO₂氣體，下列裝置中合理的是

 

．

（4）常溫下，H₂SO₃的電離常數(shù)K_a1=1.2×10^-2，K_a2=6.3×10^-8；H₂CO₃的電離常數(shù)K_a1=4.5×10^-7，K_a2=4.7×10^-11．某同學(xué)設(shè)計實驗驗證H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃；將SO₂和CO₂氣體分別通入水中至飽和，立即用酸度計測兩溶液的pH，若前者的pH小于后者，則H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃．該實驗設(shè)計不正確，錯誤在于

 

．

Answer 1

考點：物質(zhì)分離和提純的方法和基本操作綜合應(yīng)用

專題：實驗設(shè)計題

分析：鹽鹵中首先加入氯水將溴化物氧化為溴單質(zhì)，再加入萃取劑進(jìn)行萃取分液，然后再蒸餾可以得到溴單質(zhì)，向溶液中加入氯化鋇中可以將硫酸根離子除去，用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺，加入氧化鈣，氧化鈣在上層清液中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鈣，鎂離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂沉淀，過濾除去，過濾后，得到的溶液Z主要是氯化鈣溶液，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶即可得到純凈的無水CaCl₂．
（1）單質(zhì)溴極易溶于有機(jī)溶劑，所以可以采用萃取的方法，由流程圖可知單質(zhì)溴在下層，因此該有機(jī)溶劑的密度要比水的大且不溶于水，萃取的主要儀器是分液漏斗；
（2）加入氯化鋇溶液使硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鋇沉淀；分析表中數(shù)據(jù)可知pH大于11時Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2時，Ca²⁺開始沉淀，所以理論上可選擇pH最大范圍是11.0≤pH＜12.2；除雜時不能引入新的雜質(zhì)；
（3）CO₂的密度大于空氣中的，所以采用向上排空氣發(fā)收集CO₂氣體．若采用長頸漏斗時，長頸漏斗的下端必需插入到溶液中，以防止CO₂氣體從長頸漏斗中揮發(fā)出來；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強(qiáng)弱，必需使二者的濃度相同，但是用于比較pH的兩種酸的物質(zhì)的量濃度不相等，所以該實驗設(shè)計不正確；要檢驗酸性強(qiáng)弱，可以采用多種方法，例如利用水解原理（酸越弱相應(yīng)的強(qiáng)堿鹽就越易水解），也可以利用較強(qiáng)的酸制取較弱的酸來檢驗．

解答： 解：實驗室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-等離子的鹵水為主要原料制備無水CaCl₂和Br₂，應(yīng)將混合物中的Mg²⁺、SO₄^2-等離子除去，操作流程為：鹵水中通入氯氣，2Br^-+Cl₂=2Cl^-+Br₂，單質(zhì)溴極易溶于有機(jī)溶劑，所以可以采用萃取的方法，由流程圖可知單質(zhì)溴在下層，然后再蒸餾可以得到溴單質(zhì)，向溶液中加入氯化鋇中可以將硫酸根離子除去，用CaO調(diào)節(jié)溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺，加入氧化鈣，氧化鈣在上層清液中發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生氫氧化鈣，鎂離子轉(zhuǎn)化成氫氧化鎂沉淀，過濾除去，過濾后，得到的溶液Z主要是氯化鈣溶液，蒸發(fā)濃縮冷卻結(jié)晶即可得到純凈的無水CaCl₂．
（1）氯氣具有強(qiáng)氧化性，通入氯氣后可以將溶液中的Br^-氧化溴單質(zhì)，2Br^-+Cl₂=2Cl^-+Br₂，因為單質(zhì)溴極易溶于有機(jī)溶劑，所以可以采用萃取的方法，萃取的主要儀器是分液漏斗．由流程圖可知單質(zhì)溴在下層，因此該有機(jī)溶劑的密度要比水的大且不溶于水，所以該試劑是CCl₄，
故答案為：CCl₄；分液漏斗；
（2）由于SO₄^2-會與Ca²⁺結(jié)合形成微溶性的硫酸鈣而影響氯化鈣的制備，因此必需除去，應(yīng)先加入氯化鋇溶液使硫酸根離子發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生硫酸鋇沉淀，來除去硫酸根離子，由表中數(shù)據(jù)可知pH大于11時Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2時，Ca²⁺開始沉淀，所以理論上可選擇pH最大范圍是11.0≤pH＜12.2；因為不能引入新的雜質(zhì)，所以酸化溶液Z時，使用的試劑應(yīng)該為鹽酸，
故答案為：除去溶液中SO₄^2-；11.0≤pH＜12.2；鹽酸；
（3）實驗室制取CO₂的特點是固體和液體反應(yīng)且不需要加熱，由于鹽酸易揮發(fā)，因此在收集之前需要出去揮發(fā)出HCl氣體，因為CO₂的密度大于空氣中的，所以采用向上排空氣發(fā)收集CO₂氣體．若采用長頸漏斗時，長頸漏斗的下端必須插入到溶液中，以防止CO₂氣體從長頸漏斗中揮發(fā)出來，因此選項b、d正確，
故答案為：bd；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均屬于二元酸，要想通過比較二者的pH來驗證二者的酸性強(qiáng)弱，必需使二者的濃度相同，但是SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度顯然不相等（因為二者的溶解度不同），所以該實驗設(shè)計不正確；要檢驗酸性強(qiáng)弱，可以采用多種方法，例如：
方案一：配制相同物質(zhì)的量濃度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度計（或pH試紙）測兩溶液的pH．前者的pH小于后者，證明H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃，
方案二：將SO₂氣體依次通過NaHCO₃（Na₂CO₃）溶液、酸性KMnO₄溶液、品紅溶液、澄清石灰水．品紅溶液不褪色、且澄清石灰水變混濁，證明H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃，
方案三：將CO₂氣體依次通過NaHSO₃（Na₂SO₃）溶液、品紅溶液．品紅溶液不褪色，證明H₂SO₃酸性強(qiáng)于H₂CO₃，
故答案為：SO₂和CO₂氣體溶于水后的飽和溶液其濃度不相等，不能用于比較pH．

點評：本題主要考查常見的基本實驗操作、儀器的使用、離子的除雜和實驗方案設(shè)計，綜合性強(qiáng)，題目難度較大，注意除雜試劑的選擇．