Question

某中学化学课外活动小组欲探究铁在氯气中燃烧产物的成份、性质和用途，设计了如下实验步骤：
（1）用下列实验装置制取干燥纯净的氯气

①制备并收集得到干燥纯净的氯气，上述各装置按气流从左到右方向连接顺序为    （填仪器接口的字母编号）
②该实验还存在不足之处，应如何改进？   
（2）某同学将一定量铁粉与Cl₂恰好完全反应得到一固体物质a，然后通过实验确定其成分．探究过程如下：
①提出假设：（请把下列假设补充完整）
假设①：该固体物质是FeCl₃；假设②：    ；假设③：    ．
②设计实验方案：
取少量固体物质a于烧杯中，加适量水溶解，然后取两份a溶液分别进行实验，实验现象与结论如下表，请在表格内的横线处填空．

实验方法	实验现象	结论
在溶液中加 KSCN溶液		固体物质中有FeCl3
向a溶液中滴加 酸性KMnO4溶液	KMnO4溶液色 不褪色	固体物质中不含______

由此得出结论：假设    成立（填序号①②③）．
（3）为进一步探究物质a的性质，他们又利用a溶液做了如下一些实验，其中现象、结论均正确的是    （填写序号）
A．向氢氧化镁悬浊液中滴加a溶液出现红褐色沉淀，证明Fe（OH）₃溶解度小于Mg（OH）₂溶解度
B．向a溶液中加入少量铁粉，铁粉溶解，溶液颜色由浅绿色变成黄色
C．向沸水中滴加a的饱和溶液，立即出现红褐色沉淀
D．将a溶液加热蒸干并灼烧，得到Fe₂O₃固体
（4）a溶液常作印刷电路铜板的腐蚀剂，得到含有Cu²⁺等的废液，有人提出可以利用如图的装置从得到的废液中提炼金属铜．该过程中甲池负极的电极反应式是    ，若乙池中装入废液500mL，当阴极增重3.2g时，停止通电，此时阳极产生气体的体积（标准状况）为    （假设气体全部逸出）．

Answer 1

【答案】分析：（1）①制备并收集得到干燥纯净的氯气，氯气中含有氯化氢和水蒸气，需要通过洗气瓶除去，先用饱和食盐水除去氯化氢，再通过浓硫酸吸收水蒸气得到干燥氯气，洗气装置导气管是长进短出；收集气体需要用向上排气法收集，导气管长进短出；
（2）①根据类比法，结合铁和硝酸反应的产物，产物可能为FeCl₂、FeCl₃或二者的混合物；
②固体物质中有FeCl₃，在溶液中加入KSCN溶液，溶液应变红，在酸性KMnO₄溶液中加入少量A，KMnO₄溶液颜色无明显变化，说明不变含还原性物质；
（3）a通过实验验证为FeCL₃
A、依据沉淀转化原理是向更难溶的方向进行；
B、铁和三价铁之间反应生成亚铁离子；
C、沸水中氯化铁水解生成氢氧化铁胶体；
D、溶液加热蒸干，水解生成的氯化氢挥发，三价铁离子易水解生成红褐色沉淀；
（4）甲池是甲烷燃料电池，燃料失电子在负极发生氧化反应，乙池为电解池，依据电路中电子守恒结合电极反应计算；
解答：解：（1）①制备并收集得到干燥纯净的氯气，氯气中含有氯化氢和水蒸气，需要通过洗气瓶除去，先用饱和食盐水除去氯化氢，再通过浓硫酸吸收水蒸气得到干燥氯气，洗气装置导气管是长进短出；收集气体需要用向上排气法收集，导气管长进短出；连接顺序是a、e、d、b、c、g、f；故答案为：a、e、d、b、c、g、f；
②氯气有毒污染空气，需要在装置的最后连接装有氢氧化钠溶液的尾气吸收装置；
故答案为：装置的最后需要连接装有氢氧化钠溶液的尾气吸收装置；
（2）①根据类比法，结合铁和硝酸反应的产物，产物可能为FeCl₂、FeCl₃或FeCl₃和FeCl₂的混合物，
故答案为：FeCl₃；FeCl₃和FeCl₂；
②固体物质中有FeCl₃，在溶液中加入KSCN溶液，溶液应变红，在酸性KMnO₄溶液中加入少量A，KMnO₄溶液颜色无明显变化，说明不变含还原性物质，即不含FeCl₂；证明假设①正确；
故答案为：溶液变红色；FeCl₂；①；
（3）a通过实验验证为FeCl₃
A、向氢氧化镁悬浊液中滴加a溶液出现红褐色沉淀，依据沉淀转化原理，反应向更难溶的分析进行，证明Fe（OH）₃溶解度小于Mg（OH）₂溶解度；故A正确；
B、铁和三价铁之间反应生成亚铁离子，溶液颜色变化为黄色变化为浅绿色；故B错误；
C、三价铁在沸水中水解生成氢氧化铁胶体，故C错误；
D、溶液加热蒸干，水解生成的氯化氢挥发，三价铁离子易水解生成红褐色沉淀，灼烧得到Fe₂O₃固体，故D正确；
故答案为：AD．
（4）通入甲烷的一端为原电池的负极失电子发生氧化反应，电极反应为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，若乙池中装入废液500mL，得到的废液中提炼金属铜，阴极电极反应为：
Cu²⁺+2e^-=Cu，当阴极增重3.2g是铜物质的量为0.05mol，电子转移为0.1mol，停止通电，阳极电极反应氯离子失电子生成氯气，电极反应2Cl^--2e^-=Cl₂↑，此时阳极产生气体的体积为0.05mol，标准状况下体积=0.05mol×22.4L/mol=1.12L；
故答案为：CH₄+10OH^--8e^-=CO₃^2-+7H₂O，1.12L；
点评：本题考查了氯气实验室制备和气体净化实验方法，物质检验实验设计和试剂选择，原电池电极反应和电解原理的应用和计算，题目难度中等．