Question

15．某化學興趣小組為探究Cl₂、Br₂、Fe³⁺的氧化性強弱，設計了如下實驗：

（1）檢查氣體發(fā)生裝置A的氣密性的操作是關閉止水夾b，打開活塞a，向分液漏斗中注水，若水不能順利流下，則氣密性良好．
（2）實驗過程如下：

實驗操作	實驗現(xiàn)象	結論
打開活塞a，向圓底燒瓶中滴入適量濃鹽酸；然后關閉活塞a，點燃酒精燈	D裝置中：溶液變紅色；E裝置中：水層溶液變黃色，振蕩后CCl4層無明顯變化	Cl2、Br2、Fe3+氧化性由強到弱的順序為Cl2＞Br2＞Fe3+

（3）因忙于觀察和記錄，沒有及時停止反應，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，進行如下實驗．
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，加入過量的KSCN溶液，最終得到紅色溶液．實驗證明“紅色慢慢褪去”的原因是過量氯氣和SCN^-反應2SCN^-+Cl₂=2Cl^-+（SCN）₂，使SCN^-濃度減小，則使Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃平衡向逆反應方向移動而褪色．
②猜測SCN^-可能被Cl₂氧化了，又進行了如下研究．
資料顯示：
SCN^-的電子式為，認為SCN^-中碳元素沒有被氧化，理由是SCN^-中碳元素是最高價態(tài)+4價．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．通過實驗證明了SCN^-中氮元素轉(zhuǎn)化為NO₃^-，若SCN^-與Cl₂反應生成1mol CO₂，則轉(zhuǎn)移電子的物質(zhì)的量是16mol．
（4）整套實驗裝置存在一處明顯不足，請在下面的方框內(nèi)畫出相應的改進裝置．

Answer 1

分析 （1）裝置A制備氯氣，裝置連接后應檢驗裝置的氣密性，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)進行的同一氧化還原反應中，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，過量氯氣和SCN^-反應SCN^-濃度減小，根據(jù)鐵離子和硫氰根離子反應平衡原理分析；
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為S-C-N，S與C形成一對共用電子對，C與N形成三對共用電子對，SCN^-得到的一個電子給了S，認為SCN^-中碳元素沒有被氧化，是離子中碳元素化合價處于最高化合價+4價，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說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，而原來SCN^-中硫顯-2價，所以被氧化的元素為硫元素，SCN^-與Cl₂反應生成硫酸根和硝酸根還有二氧化碳，所以它們反應的化學方程式為：SCN^-+8Cl₂+9H₂O=NO₃^-+SO₄^2-+CO₂+Cl^-+18H⁺，此反應中電子轉(zhuǎn)移數(shù)目為16，即由方程式計算得到電子轉(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，裝置連接后應檢驗裝置的氣密性，方法是關閉止水夾b，打開活塞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：關閉止水夾b，打開活塞a
（2）D裝置中：溶液變紅，說明有鐵離子生成，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層無明顯變化，說明氯氣和溴離子不反應，
根據(jù)D和E裝置知，溴的氧化性大于鐵離子，則氧化性強弱順序是 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⁺，實驗證明“紅色慢慢褪去”，是過量氯氣和SCN^-反應2SCN^-+Cl₂=2Cl^-+（SCN）₂，使SCN^-濃度減小，則使Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃平衡向逆反應方向移動而褪色，
故答案為：Fe³⁺；過量氯氣和SCN^-反應2SCN^-+Cl₂=2Cl^-+（SCN）₂，使SCN^-濃度減小，則使Fe³⁺+3SCN^-?Fe（SCN）₃平衡向逆反應方向移動而褪色；
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為S-C-N，S與C形成一對共用電子對，C與N形成三對共用電子對，SCN^-得到的一個電子給了S，故SCN^-的電子式，認為SCN^-中碳元素沒有被氧化，是離子中碳元素化合價處于最高化合價+4價，加入用鹽酸酸化的BaCl₂溶液，產(chǎn)生白色沉淀，說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，而原來SCN^-中硫顯-2價，所以被氧化的元素為硫元素，SCN^-與Cl₂反應生成硫酸根和硝酸根還有二氧化碳，所以它們反應的化學方程式為：SCN^-+8Cl₂+9H₂O=NO₃^-+SO₄^2-+CO₂+Cl^-+18H⁺，此反應中電子轉(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^-中碳元素是最高價態(tài)+4價；硫元素；16；
（4）由于氯氣有毒，直接排放到空氣中會污染大氣，要用堿液吸收尾氣，實驗裝置缺少尾氣處理裝置，改進措施如圖：，
故答案為：．

點評 本題考查了性質(zhì)實驗方案設計，明確反應原理是解本題關鍵，結合資料分析解答，會根據(jù)離子反應方程式判斷氧化性強弱，會根據(jù)實驗現(xiàn)象確定發(fā)生的反應，難度中等．