Question

某化学活动小组设计如图所示（部分夹持装置已略去）实验装置，以探究潮湿的Cl₂与Na₂CO₃反应得到的固体物质．

（1）装置A中发生反应的离子方程式为

 

（2）该实验装置明显存在不足之处，改进的措施为

 

（3）已知在装置C中通入一定量的氯气后，观察到测得D中有黄红色的气体（提示：是一种氯的氧化物）．已知C中所得固体含有NaHCO₃．现对C中的成分进行猜想和探究．
①提出合理假设．
假设一：存在两种成分，为NaHCO₃、NaCl
假设二：存在三种成分，为NaHCO₃、Na₂CO₃、NaCl
②设计方案并实验．请在表格中写出实验步骤以及预期现象和结论．
限选试剂和仪器：蒸馏水、稀硝酸、BaCl₂溶液、澄清石灰水、AgNO₃溶液、试管、小烧杯．

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取C中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水，然后将所得溶液分别置于A、B试管中．	固体物质全部完全溶解
步骤2：向A试管中滴加适量BaCl2溶液．	a．如果   b．如果
步骤3：	有白色沉淀生成，C的成分有NaCl

结论：由步骤3的结论结合步骤2中的a，则假设一成立；由步骤3的结论结合步骤2中的b，则假设二成立．
若C中有0.1molCl₂恰好与10.6gNa₂CO₃反应，且假设一成立，由此可推知C中反应生成的氯的氧化物为

 

（写化学式），写出C中发生反应的化学方程式

 

．

Answer 1

考点：性质实验方案的设计,探究物质的组成或测量物质的含量

专题：实验设计题

分析：由潮湿的氯气与Na₂CO₃发生的反应，结合已知信息来提出自己的假设．因产物中只有一种常温下为黄红色的含氯氧化物气体，该含氯氧化物中氯元素的化合价应为正价，则产物中含氯元素的盐只能为NaCl．假设存在两种成分，为NaHCO₃和NaCl；假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．步骤2中向A试管中滴加适量BaCl₂溶液，是检验产物中是否有Na₂CO₃，回答该小题时要结合最后的结论，a应为证明固体中不含Na₂CO₃，b应为证明固体中含Na₂CO₃，不能颠倒．步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液变浑浊，证明固体中含有NaCl，
（1）实验室制备氯气，是利用二氧化锰和浓盐酸加热反应生成；
（2）氯气为有毒气体，需要吸收；
（3）分别假设分析计算，依据氧化还原反应电子守恒计算判断氯元素化合价写出化合物化学式．

解答： 解：由潮湿的氯气与Na₂CO₃发生的反应，结合已知信息来提出自己的假设．因产物中只有一种常温下为黄红色的含氯氧化物气体，该含氯氧化物中氯元素的化合价应为正价，则产物中含氯元素的盐只能为NaCl．假设存在两种成分，为NaHCO₃和NaCl；假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．步骤2中向A试管中滴加适量BaCl₂溶液，是检验产物中是否有Na₂CO₃，回答该小题时要结合最后的结论，a应为证明固体中不含Na₂CO₃，b应为证明固体中含Na₂CO₃，不能颠倒．步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液变浑浊，证明固体中含有NaCl；
（1）装置A中是制取氯气的反应，利用反应原理是二氧化锰和浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，发生反应的离子方程式为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
故答案为：MnO₂+4H⁺+2Cl^-

△   .

Mn²⁺+Cl₂↑+2H₂O；
（2）氯气是有毒气体，不能排放到空气中，需要进行尾气吸收，连接一盛有NaOH溶液的洗气瓶；
故答案为：在装置D后连接一尾气处理装置；
（3）在装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体（含氯氧化物）．C中含氯元素的盐只有一种，且含有NaHCO₃．假设存在两种成分，为NaHCO₃和NaCl；假设存在三种成分，应还有未完全反应的Na₂CO₃，即是NaHCO₃、NaCl和Na₂CO₃．步骤2中向A试管中滴加适量BaCl₂溶液，是检验产物中是否有Na₂CO₃，回答该小题时要结合最后的结论，a应为证明固体中不含Na₂CO₃，b应为证明固体中含Na₂CO₃，不能颠倒．步骤3应是检验氯离子，应向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO₃溶液，若溶液变浑浊，证明固体中含有NaCl；
假设一：存在NaHCO₃和NaCl；
假设二：存在NaHCO₃和NaCl、Na₂CO₃；

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取C中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水，然后将所得溶液分别置于A、B试管中．	固体物质全部完全溶解
步骤2：向A试管中滴加适量BaCl2溶液．	a．如果 无明显现象，证明固体中不含Na2CO3 b．如果 溶液变浑浊，证明固体中含Na2CO3
步骤3：向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液	有白色沉淀生成，C的成分有NaCl

故答案为：

实验步骤	预期现象和结论
步骤1：取C中的少量固体样品于试管中，滴加足量蒸馏水，然后将所得溶液分别置于A、B试管中．	固体物质全部完全溶解
步骤2：向A试管中滴加适量BaCl2溶液．	a．如果 无明显现象，证明固体中不含Na2CO3 b．如果 溶液变浑浊，证明固体中含Na2CO3
步骤3：向B试管中滴加过量的稀硝酸，再滴加AgNO3溶液	有白色沉淀生成，C的成分有NaCl

（4）C中有0.1mol Cl₂参加反应．装置C中通入一定量的氯气后，测得D中只有一种常温下为黄红色的气体，若假设一成立，反应为Cl₂+Na₂CO₃→NaHCO₃+NaCl+X，依据氧化还原反应电子守恒计算判断氯元素化合价为+1价：可推知C中反应生成的含氯氧化物为Cl₂O；反应的化学方程式为：2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃=2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O；
故答案为：Cl₂O；2Cl₂+H₂O+2Na₂CO₃=2NaHCO₃+2NaCl+Cl₂O；

点评：本题考查了物质性质验证的实验设计，步骤分析判断，现象分析理解，掌握物质性质和实验设计方法是解题关键，题目难度中等．