Question

实验室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO、Br^-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl₂和Br₂，流程如下：

（1）操作Ⅰ使用的试剂是

 

，所用主要仪器的名称是

 

．
（2）加入溶液W的目的是

 

．
用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺．由表中数据可知，理论上可选择的pH最大范围是

 

．酸化溶液Z时，使用的试剂为

 

	开始沉淀时的pH	沉淀完全时的pH
Mg2+	9.6	11.0
Ca2+	12.2	c（OH-）=1.8mol?L-1

（3）实验室用贝壳与稀盐酸反应制备并收集CO₂气体，下列装置中合理的是

 

．

（4）常温下，H₂SO₃的电离常数K_a1=1.2×10^-2，K_a2=6.3×10^-8；H₂CO₃的电离常数K_a1=4.5×10^-7，K_a2=4.7×10^-11．某同学设计实验验证H₂SO₃酸性强于H₂CO₃；将SO₂和CO₂气体分别通入水中至饱和，立即用酸度计测两溶液的pH，若前者的pH小于后者，则H₂SO₃酸性强于H₂CO₃．该实验设计不正确，错误在于

 

．

Answer 1

考点：物质分离和提纯的方法和基本操作综合应用

专题：实验设计题

分析：盐卤中首先加入氯水将溴化物氧化为溴单质，再加入萃取剂进行萃取分液，然后再蒸馏可以得到溴单质，向溶液中加入氯化钡中可以将硫酸根离子除去，用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺，加入氧化钙，氧化钙在上层清液中发生反应产生氢氧化钙，镁离子转化成氢氧化镁沉淀，过滤除去，过滤后，得到的溶液Z主要是氯化钙溶液，蒸发浓缩冷却结晶即可得到纯净的无水CaCl₂．
（1）单质溴极易溶于有机溶剂，所以可以采用萃取的方法，由流程图可知单质溴在下层，因此该有机溶剂的密度要比水的大且不溶于水，萃取的主要仪器是分液漏斗；
（2）加入氯化钡溶液使硫酸根离子发生反应产生硫酸钡沉淀；分析表中数据可知pH大于11时Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2时，Ca²⁺开始沉淀，所以理论上可选择pH最大范围是11.0≤pH＜12.2；除杂时不能引入新的杂质；
（3）CO₂的密度大于空气中的，所以采用向上排空气发收集CO₂气体．若采用长颈漏斗时，长颈漏斗的下端必需插入到溶液中，以防止CO₂气体从长颈漏斗中挥发出来；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均属于二元酸，要想通过比较二者的pH来验证二者的酸性强弱，必需使二者的浓度相同，但是用于比较pH的两种酸的物质的量浓度不相等，所以该实验设计不正确；要检验酸性强弱，可以采用多种方法，例如利用水解原理（酸越弱相应的强碱盐就越易水解），也可以利用较强的酸制取较弱的酸来检验．

解答： 解：实验室以含有Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄^2-、Br^-等离子的卤水为主要原料制备无水CaCl₂和Br₂，应将混合物中的Mg²⁺、SO₄^2-等离子除去，操作流程为：卤水中通入氯气，2Br^-+Cl₂=2Cl^-+Br₂，单质溴极易溶于有机溶剂，所以可以采用萃取的方法，由流程图可知单质溴在下层，然后再蒸馏可以得到溴单质，向溶液中加入氯化钡中可以将硫酸根离子除去，用CaO调节溶液Y的pH，可以除去Mg²⁺，加入氧化钙，氧化钙在上层清液中发生反应产生氢氧化钙，镁离子转化成氢氧化镁沉淀，过滤除去，过滤后，得到的溶液Z主要是氯化钙溶液，蒸发浓缩冷却结晶即可得到纯净的无水CaCl₂．
（1）氯气具有强氧化性，通入氯气后可以将溶液中的Br^-氧化溴单质，2Br^-+Cl₂=2Cl^-+Br₂，因为单质溴极易溶于有机溶剂，所以可以采用萃取的方法，萃取的主要仪器是分液漏斗．由流程图可知单质溴在下层，因此该有机溶剂的密度要比水的大且不溶于水，所以该试剂是CCl₄，
故答案为：CCl₄；分液漏斗；
（2）由于SO₄^2-会与Ca²⁺结合形成微溶性的硫酸钙而影响氯化钙的制备，因此必需除去，应先加入氯化钡溶液使硫酸根离子发生反应产生硫酸钡沉淀，来除去硫酸根离子，由表中数据可知pH大于11时Mg²⁺沉淀完全，pH大于12.2时，Ca²⁺开始沉淀，所以理论上可选择pH最大范围是11.0≤pH＜12.2；因为不能引入新的杂质，所以酸化溶液Z时，使用的试剂应该为盐酸，
故答案为：除去溶液中SO₄^2-；11.0≤pH＜12.2；盐酸；
（3）实验室制取CO₂的特点是固体和液体反应且不需要加热，由于盐酸易挥发，因此在收集之前需要出去挥发出HCl气体，因为CO₂的密度大于空气中的，所以采用向上排空气发收集CO₂气体．若采用长颈漏斗时，长颈漏斗的下端必须插入到溶液中，以防止CO₂气体从长颈漏斗中挥发出来，因此选项b、d正确，
故答案为：bd；
（4）H₂SO₃和H₂CO₃均属于二元酸，要想通过比较二者的pH来验证二者的酸性强弱，必需使二者的浓度相同，但是SO₂和CO₂气体溶于水后的饱和溶液其浓度显然不相等（因为二者的溶解度不同），所以该实验设计不正确；要检验酸性强弱，可以采用多种方法，例如：
方案一：配制相同物质的量浓度的NaHSO₃和NaHCO₃溶液，用酸度计（或pH试纸）测两溶液的pH．前者的pH小于后者，证明H₂SO₃酸性强于H₂CO₃，
方案二：将SO₂气体依次通过NaHCO₃（Na₂CO₃）溶液、酸性KMnO₄溶液、品红溶液、澄清石灰水．品红溶液不褪色、且澄清石灰水变混浊，证明H₂SO₃酸性强于H₂CO₃，
方案三：将CO₂气体依次通过NaHSO₃（Na₂SO₃）溶液、品红溶液．品红溶液不褪色，证明H₂SO₃酸性强于H₂CO₃，
故答案为：SO₂和CO₂气体溶于水后的饱和溶液其浓度不相等，不能用于比较pH．

点评：本题主要考查常见的基本实验操作、仪器的使用、离子的除杂和实验方案设计，综合性强，题目难度较大，注意除杂试剂的选择．