Question

5．氯气的实验室制法是MnO₂和浓盐酸在加热条件下反应，若将MnO₂换成KMnO₄、KClO₃等氧化剂氧化浓盐酸亦可快速制取氯气．根据上述反应原理，有人提出猜想：能否利用Na₂O₂的强氧化性氧化浓盐酸得到氯气呢？某课外小组在实验室进行了探索性实验，设计了如图所示装置：
操作步骤及现在如下：
①连接好装置，检查装置的气密性，加入药品．
②缓慢通入一定量的N₂后，将装置E连接好（导管未伸入集气瓶中），再向圆底烧瓶中缓慢滴加浓盐酸，反应剧烈，产生黄绿色气体．
③一段时间后，将导管末端伸入集气瓶中收集气体．装置E中收集到能使带火星的木条复燃的无色气体．
④反应结束后，关闭分液漏斗的活塞，再通入一定量的N₂，至装置中气体无色．
回答下列问题：
（1）用化学方程式表示KClO₃氧化浓盐酸的反应KClO₃++6HCl（浓）═KCl+3Cl₂↑+3H₂O．
（2）装置B中为湿润的KI淀粉试纸，反应一段时间后试纸变蓝，能否仅通过该现象说明A装置中产生氯气？不能（填“能”或“不能”），请用离子方程式说明原因4H⁺+O₂+4I^-=2I₂+2H₂O．装置C中湿润的红色布条褪色，是因为产生了具有强氧化性的物质HClO．
（3）装置D的作用之一是吸收产生的氯气，可以用硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）溶液替代NaOH溶液，已知25.0mL0.1mol/L的Na₂S₂O₃溶液可以恰好把标准状况下224mLCl₂完全转化为Cl^-时，写出该反应的离子方程式S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+10H⁺+8Cl^-．
（4）实验证明，Na₂O₂可以与HCl反应生成氯气，写出反应的化学方程式Na₂O₂+4HCl═Cl₂+2NaCl+2H₂O．
（5）利用Na₂O₂与浓盐酸反应制得的Cl₂中通常含有的杂质气体有：HCl、O₂（不包括水蒸气），较难分离，因此实验室很少用该方法制取氯气．

Answer 1

分析 装置A是发生装置过氧化钠和浓盐酸反应产生黄绿色气体，说明生成氯气，一段时间后，将导管末端伸入集气瓶中收集气体．装置E中收集到能使带火星的木条复燃的无色气体为氧气，反应结束后，关闭分液漏斗的活塞，再通入一定量的N₂，至装置中气体无色，把生成的气体全部赶出，
（1）KClO₃氧化浓盐酸发生氧化还原反应，氯酸钾是氧化剂，浓盐酸为还原剂，反应生成氯化钾，氯气和水；
（2）O₂、Cl₂都具有强氧化性，都能将碘离子氧化为I₂，I₂遇淀粉试液变蓝色，HClO有漂白性，氯气和水反应生成HClO；
（3）n（Na₂S₂O₃）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，氯气的物质的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，二者完全反应时转移电子相等，设硫代硫酸根离子被氧化后硫元素的化合价为x，0.01mol×2×（1-0）=0.0025mol×2×（x-2），4=x-2，x=+6，所以硫代硫酸根离子转化为硫酸根离子，结合氧化还原反应电子守恒、原子守恒、电荷守恒配平书写离子方程式；
（4）根据元素守恒知，生成物中还有水生成，以此书写化学方程式；
（5）利用Na₂O₂与浓盐酸反应制得的Cl₂中通常含有的杂质气体，是过氧化钠和水反应生成氧气，浓盐酸易挥发．

解答 解：装置A是发生装置过氧化钠和浓盐酸反应产生黄绿色气体，说明生成氯气，一段时间后，将导管末端伸入集气瓶中收集气体．装置E中收集到能使带火星的木条复燃的无色气体为氧气，反应结束后，关闭分液漏斗的活塞，再通入一定量的N₂，至装置中气体无色，把生成的气体全部赶出，
（1）KClO₃氧化浓盐酸发生氧化还原反应，氯酸钾是氧化剂，浓盐酸为还原剂，反应生成氯化钾，氯气和水，反应的化学方程式为：KClO₃++6HCl（浓）═KCl+3Cl₂↑+3H₂O，
故答案为：KClO₃++6HCl（浓）═KCl+3Cl₂↑+3H₂O；
（2）装置B中为湿润的KI-淀粉试纸，反应一段时间后试纸变蓝，碘离子易被氧化，氧气可把碘离子氧化，反应方程式为：4H⁺+O₂+4I^-=2I₂+2H₂O，故湿润的碘化钾-淀粉试纸变蓝不能说明有氯气生成，装置C中湿润的红色布条褪色，说明有次氯酸生成，氯气和水反应生成次氯酸和盐酸，故A中生成了氯气，
故答案为：不能；4H⁺+O₂+4I^-=2I₂+2H₂O；HClO；
（3）n（Na₂S₂O₃）=0.1mol/L×0.025L=0.0025mol，氯气的物质的量=$\frac{0.224L}{22.4L/mol}$=0.01mol，二者完全反应时转移电子相等，设硫代硫酸根离子被氧化后硫元素的化合价为x，0.01mol×2×（1-0）=0.0025mol×2×（x-2），4=x-2，x=+6，所以硫代硫酸根离子转化为硫酸根离子，电子转移总数为8e^-，反应的氯气为4mol，反应的离子方程式为：S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+10H⁺+8Cl^-，
故答案为：S₂O₃^2-+4Cl₂+5H₂O=2SO₄^2-+10H⁺+8Cl^-；
（4）根据元素守恒知，生成物中还有水生成，该反应中O元素化合价由-1价变为-2价、Cl元素化合价由-1价变为0价，根据转移电子相等配平方程式为：Na₂O₂+4HCl═Cl₂+2NaCl+2H₂O，
故答案为：Na₂O₂+4HCl═Cl₂+2NaCl+2H₂O；
（5）利用Na₂O₂与浓盐酸反应制得的Cl₂中通常含有的杂质气体，是过氧化钠和水反应生成氧气，浓盐酸易挥发，所以通常含有的杂质气体有氧气和氯化氢气体，
故答案为：HCl、O₂．

点评 本题考查性质实验探究，为高考常见题型，侧重考查学生动手操作、分析问题能力，物质的性质是实验设计的依据，性质、制备实验方案设计是高考高频点，综合性较强，涉及知识点较多，熟练掌握元素化合物知识，题目难度中等．