Question

15．某化學(xué)興趣小組為探究Cl₂、Br₂、Fe³⁺的氧化性強(qiáng)弱，設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)：

（1）檢查氣體發(fā)生裝置A的氣密性的操作是關(guān)閉止水夾b，打開(kāi)活塞a，向分液漏斗中注水，若水不能順利流下，則氣密性良好．
（2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下：

實(shí)驗(yàn)操作	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	結(jié)論
打開(kāi)活塞a，向圓底燒瓶中滴入適量濃鹽酸；然后關(guān)閉活塞a，點(diǎn)燃酒精燈	D裝置中：溶液變紅色；E裝置中：水層溶液變黃色，振蕩后CCl4層無(wú)明顯變化	Cl2、Br2、Fe3+氧化性由強(qiáng)到弱的順序?yàn)镃l2＞Br2＞Fe3+

（3）因忙于觀察和記錄，沒(méi)有及時(shí)停止反應(yīng)，D裝置中又有新的變化：紅色慢慢褪去．
①為了探究溶液“紅色慢慢褪去”的原因，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)．
取D中溶液于試管中，加入NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成，則溶液中一定存在Fe³⁺．取D中溶液于試管中，加入過(guò)量的KSCN溶液，最終得到紅色溶液．實(shí)驗(yàn)證明“紅色慢慢褪去”的原因是過(guò)量氯氣和SCN^-反應(yīng)2SCN^-+Cl₂=2Cl^-+（SCN）₂，使SCN^-濃度減小，則使Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)而褪色．
②猜測(cè)SCN^-可能被Cl₂氧化了，又進(jìn)行了如下研究．
資料顯示：
SCN^-的電子式為，認(rèn)為SCN^-中碳元素沒(méi)有被氧化，理由是SCN^-中碳元素是最高價(jià)態(tài)+4價(jià)．取D中溶液于試管中，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，由此證明SCN^-中被氧化的元素是硫元素．通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了SCN^-中氮元素轉(zhuǎn)化為NO₃^-，若SCN^-與Cl₂反應(yīng)生成1mol CO₂，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是16mol．
（4）整套實(shí)驗(yàn)裝置存在一處明顯不足，請(qǐng)?jiān)谙旅娴姆娇騼?nèi)畫(huà)出相應(yīng)的改進(jìn)裝置．

Answer 1

分析 （1）裝置A制備氯氣，裝置連接后應(yīng)檢驗(yàn)裝置的氣密性，可以利用分液漏斗中的液體是否流下分析判斷裝置氣密性；
（2）自發(fā)進(jìn)行的同一氧化還原反應(yīng)中，氧化劑的氧化性大于氧化產(chǎn)物的氧化性；
（3）①取D中溶液于試管中，加入NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成，則溶液中一定存在鐵離子，過(guò)量氯氣和SCN^-反應(yīng)SCN^-濃度減小，根據(jù)鐵離子和硫氰根離子反應(yīng)平衡原理分析；
②因氧與硫的最外層電子數(shù)相同，根據(jù)題目信息，確定SCN^-中各原子的連接順序?yàn)镾-C-N，S與C形成一對(duì)共用電子對(duì)，C與N形成三對(duì)共用電子對(duì)，SCN^-得到的一個(gè)電子給了S，認(rèn)為SCN^-中碳元素沒(méi)有被氧化，是離子中碳元素化合價(jià)處于最高化合價(jià)+4價(jià)，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明白色沉淀為硫酸鋇，即溶液中有硫酸根離子，其中硫顯+6價(jià)，而原來(lái)SCN^-中硫顯-2價(jià)，所以被氧化的元素為硫元素，SCN^-與Cl₂反應(yīng)生成硫酸根和硝酸根還有二氧化碳，所以它們反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SCN^-+8Cl₂+9H₂O=NO₃^-+SO₄^2-+CO₂+Cl^-+18H⁺，此反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為16，即由方程式計(jì)算得到電子轉(zhuǎn)移；
（4）氯氣有毒不能直接排空，要用堿液吸收尾氣．

解答 解：（1）裝置A制備氯氣，裝置連接后應(yīng)檢驗(yàn)裝置的氣密性，方法是關(guān)閉止水夾b，打開(kāi)活塞a，向分液漏斗中注水，若水不能順利流下，則氣密性良好，
故答案為：關(guān)閉止水夾b，打開(kāi)活塞a
（2）D裝置中：溶液變紅，說(shuō)明有鐵離子生成，據(jù)此得出氯氣的氧化性大于鐵離子；
E裝置中：水層溶液變黃，振蕩后CCl₄層無(wú)明顯變化，說(shuō)明氯氣和溴離子不反應(yīng)，
根據(jù)D和E裝置知，溴的氧化性大于鐵離子，則氧化性強(qiáng)弱順序是 Cl₂＞Br₂＞Fe³⁺，
故答案為：Cl₂＞Br₂＞Fe³⁺；
（3）①取D中溶液于試管中，加入NaOH溶液，有紅褐色沉淀生成為Fe（OH）₃沉淀，則溶液中一定存在Fe³⁺，實(shí)驗(yàn)證明“紅色慢慢褪去”，是過(guò)量氯氣和SCN^-反應(yīng)2SCN^-+Cl₂=2Cl^-+（SCN）₂，使SCN^-濃度減小，則使Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)而褪色，
故答案為：Fe³⁺；過(guò)量氯氣和SCN^-反應(yīng)2SCN^-+Cl₂=2Cl^-+（SCN）₂，使SCN^-濃度減小，則使Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)而褪色；
②因氧與硫的最外層電子數(shù)相同，根據(jù)題目信息，確定SCN^-中各原子的連接順序?yàn)镾-C-N，S與C形成一對(duì)共用電子對(duì)，C與N形成三對(duì)共用電子對(duì)，SCN^-得到的一個(gè)電子給了S，故SCN^-的電子式，認(rèn)為SCN^-中碳元素沒(méi)有被氧化，是離子中碳元素化合價(jià)處于最高化合價(jià)+4價(jià)，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說(shuō)明白色沉淀為硫酸鋇，即溶液中有硫酸根離子，其中硫顯+6價(jià)，而原來(lái)SCN^-中硫顯-2價(jià)，所以被氧化的元素為硫元素，SCN^-與Cl₂反應(yīng)生成硫酸根和硝酸根還有二氧化碳，所以它們反應(yīng)的化學(xué)方程式為：SCN^-+8Cl₂+9H₂O=NO₃^-+SO₄^2-+CO₂+Cl^-+18H⁺，此反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為16，即由方程式可知每生成1mol二氧化碳要轉(zhuǎn)移16mol電子，
故答案為：；SCN^-中碳元素是最高價(jià)態(tài)+4價(jià)；硫元素；16；
（4）由于氯氣有毒，直接排放到空氣中會(huì)污染大氣，要用堿液吸收尾氣，實(shí)驗(yàn)裝置缺少尾氣處理裝置，改進(jìn)措施如圖：，
故答案為：．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了性質(zhì)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，明確反應(yīng)原理是解本題關(guān)鍵，結(jié)合資料分析解答，會(huì)根據(jù)離子反應(yīng)方程式判斷氧化性強(qiáng)弱，會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象確定發(fā)生的反應(yīng)，難度中等．