Question

6．某学生设计如下实验装置利用氯气与潮湿的消石灰反应制取少量漂白粉（这是一个放热反应），据此回答下列问题：

（1）A仪器的名称是分液漏斗，D的作用吸收尾气．
（2）漂白粉将在U型管中产生，其化学反应方程式是2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O．
（3）有同学建议在两个橡皮套管内的玻璃管口应尽量紧靠，原因是Cl₂易腐蚀橡皮塞
（4）此实验结果所得Ca（ClO）₂产率太低．经分析并查阅资料发现主要原因是在U型管中存在两个副反应：
①温度较高时氯气与消石灰反应生成了Ca（ClO₃）₂，为避免此副反应的发生，可采取的措施是将U型管置于冷水浴中，有同学测出了反应后溶液中ClO^-、ClO₃^-两种离子的物质的量（n）与反应时间（t）的关系曲线，粗略表示为下图（不考虑氯气和水的反应）．
a、图中曲线I表示ClO^-离子的物质的量随反应时间变化的关系．
b、所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物质的量为0.25mol．
c、另取一份等物质的量的石灰乳，以较大的速率通入足量氯气，反应后测得产物中Cl^-的物质的量为0.37mol，则产物中n（ClO^-）/n（ClO₃^-）=7：6
②试判断另一个副反应是（写出此反应方程式）2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O．

Answer 1

分析 （1）由仪器图形可判断仪器名称，二氧化锰和浓盐酸在加热条件下生成氯气，氯气和分别与氢氧化钙、氢氧化钠溶液反应；
（2）工业制取漂白粉的反应原理书写反应的化学方程式；
（3）在两个橡皮套管内的玻璃管口应尽量紧靠，因为氯气是强氧化剂能氧化橡胶管；
（4）①因为温度高时易生成Ca（ClO₃）₂，所以避免此反应发生可以采取降温措施；
a、当温度低时，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙和次氯酸钙；当温度高时，生成氯酸钙和氯化钙，根据温度高低来判断属于哪种离子；
b、根据氧化还原反应中得失电子数相等计算氯离子的物质的量，然后根据含氯化合物中钙离子和阴离子的个数比计算氢氧化钙的物质的量；
c、另取一份与②等物质的量的石灰乳，以较大的速率通入足量氯气，反应后测得产物中Cl^-的物质的量为0.37mol，依据氯化钙、次氯酸钙、氯酸钙中钙离子和含氯元素的物质的量比为1：2，结合b计算得到氢氧化钙物质的量计算氯元素物质的量，依据氧化还原反应电子守恒，生成产物中氯元素守恒列式计算；
②装置中无氯气的除杂装置，挥发出的氯化氢会和氢氧化钙反应．

解答 解：（1）装置中添加浓盐酸通过分液漏斗；氯气有毒，不能排放到空气中，氢氧化钠溶液的作用是吸收过量的氯气；故答案为：分液漏斗；吸收尾气；
（2）漂白粉将在U形管中产生，是氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙、次氯酸钙、水；其化学方程式为：2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O；
故答案为：2Cl₂ +2Ca（OH）₂=CaCl₂ +Ca（ClO）₂ +2H₂O；
（3）Cl₂易腐蚀橡皮塞，在两个橡皮套管内的玻璃管口应尽量紧靠，故答案为：Cl₂易腐蚀橡皮塞；
（4）①温度较高时氯气与消石灰反应生成Ca（ClO₃）₂，为避免此副反应的发生，用冰水或冷水冷却；
a、当温度低时，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙和次氯酸钙；当温度高时，生成氯酸钙和氯化钙，刚开始反应时，温度较低，氯气和氢氧化钙反应生成氯化钙和次氯酸钙，所以图2中曲线I表示离子ClO^-的物质的量随反应时间变化的关系；
b、根据氧化还原反应中得失电子数相等计算氯离子的物质的量，设氯离子的物质的量为n，则n×1=0.10mol×1+0.05mol×5=0.35mol，含氯元素的物质的量=0.35mol+0.1mol+0.05mol=0.5mol，氯化钙、次氯酸钙、氯酸钙中钙离子和含氯离子的个数比为1：2，所以所取石灰乳中含有Ca（OH）₂的物质的量为0.25mol；
c、取一份与②等物质的量的石灰乳，物质的量为0.25mol，根据氧化还原反应中得失电子数相等，生成氯离子得到电子和生成次氯酸根和氯酸根失去的电子守恒，设n（ClO^-）=x，n（ClO₃^-）=y；则得到：①0.37=x×1+y×5；依据氯化钙、次氯酸钙、氯酸钙中钙离子和含氯元素的物质的量比为1：2，得到氯元素物质的量为0.5mol；②x+y+0.37=0.5；①②联立得到：
x=0.07mol，y=0.06mol；则n（ClO^-）/n（ClO₃^-）=7：6；
故答案为：将U型管置于冷水浴中；ClO^-；0.25；7：6；
②装置中无氯气的除杂装置，挥发出的氯化氢会和氢氧化钙反应，反应的化学方程式为：2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O，
故答案为：2HCl+Ca（OH）₂=CaCl₂+2H₂O．

点评 本题考查了实验室制漂白粉的装置分析和制备条件判断，为高考常见题型，侧重于学生的分析能力和实验能力的考查，温度不同产物不同，图象分析是解题关键，通过氧化还原反应的电子守恒计算应用是解题关键，实验装置和步骤的分析需要熟练掌握实验基本操作，题目难度较大．