Question

【題目】含氯消毒劑可有效殺滅新冠病毒（2019-nCoV）。某學(xué)習(xí)小組根據(jù)需要欲制備濃度不小于0.8mol/L的次氯酸溶液。裝置見下圖。

資料1：常溫常壓下，Cl2O為棕黃色氣體，沸點為3.8℃，42℃以上會分解生成Cl2和O2，Cl2O易溶于水并與水立即反應(yīng)生成HClO。

資料2：將氯氣和空氣(不參與反應(yīng))按體積比 1∶3混合通入含水8%的碳酸鈉中制Cl2O，并用水吸收Cl2O(不含Cl2)制得次氯酸溶液。

（1）電極Y應(yīng)該連接電源的___（填“正極”或“負極”）,裝置C內(nèi)應(yīng)盛放_________，各裝置的連接順序為A—________________________________

（2）反應(yīng)過程中，裝置B需放在冷水中，其目的是_____________________________。已知裝置B產(chǎn)物含有一種酸式鹽，則發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為___________________。

（3）實驗中控制氯氣與空氣體積比的方法是_______________________________

（4）裝置E中使用棕色平底燒瓶的原因是（用化學(xué)方程式表示）________________

（5）此方法相對于用氯氣直接溶于水制備次氯酸溶液的優(yōu)點是（答出一條即可）_____。

（6）若裝置B中生成的Cl2O氣體有20%滯留在E前各裝置中，其余均溶于裝置E的水中，裝置E所得500mL次氯酸溶液濃度為0.8mol/L,則至少需要含水8%的碳酸鈉的質(zhì)量為___g。

Answer 1

【答案】正極 足量CCl4 ADBCEF 防止反應(yīng)放熱后溫度過高導(dǎo)致Cl2O分解 2Cl2+2Na2CO3+H2O＝Cl2O+2NaCl+2NaHCO3 通過觀察A中產(chǎn)生氣泡的速率調(diào)節(jié)流速 2HClO2HCl+O2↑ 制得的次氯酸溶液濃度較大或制得的次氯酸溶液純度較高或制得的次氯酸溶液不含有Cl-或氯元素的利用率高 57.6

【解析】

(1)電極Y處產(chǎn)生氯氣，發(fā)生反應(yīng)為氯離子失去電子變?yōu)槁葰猓瑩?jù)此分析；裝置C的主要作用是除去Cl2O中的Cl2，根據(jù)相似相溶原理，氯氣易溶于四氯化碳；欲制備濃度不小于0.8mol/L的次氯酸溶液，先制取氯氣，然后除去氯氣中的氯化氫，將氯氣和空氣(不參與反應(yīng))按體積比1:3混合通入潮濕的碳酸鈉中發(fā)生反應(yīng)，除去未反應(yīng)的氯氣，用水吸收Cl2O(不含Cl2)制得次氯酸溶液，據(jù)此分析連接裝置；

(2)防止反應(yīng)放熱后溫度過高導(dǎo)致Cl2O分解，裝置B需放在冷水中；根據(jù)化合價的升降必然有NaCl，同時還生成了一種酸式鹽只能是NaHCO3，據(jù)此書寫方程式；

(3)可以根據(jù)氣泡的產(chǎn)生速度來控制氣體通入的速度；

(4)HClO見光分解；

(5)此方法相對于用氯氣直接溶于水制備次氯酸溶液主要優(yōu)點是制得的次氯酸溶液純度較高，濃度較大等；

(6)裝置B中生成的Cl2O氣體有20%滯留在E前各裝置中，根據(jù)n＝cV計算裝置E所得次氯酸的物質(zhì)的量，根據(jù)Cl2O+H2O=2HClO、2Cl2+2Na2CO3+H2O=Cl2O+2NaCl+2NaHCO3進行計算。

(1)本實驗是通過電解氯化銅溶液制得氯氣，即Y極應(yīng)作陽極，氯離子放電生成氯氣。所以Y應(yīng)連接正極。A裝置制備氯氣，D裝置用飽和食鹽水可以降低氯氣的溶解，且形成氯氣和空氣(1：3)的混合氣體，與含水8%的碳酸鈉充分反應(yīng)制備Cl2O，由于Cl2O為極性分子，Cl2為非極性分子，根據(jù)相似相溶原理，氯氣易溶于四氯化碳中，所以可以裝在C中吸收Cl2O中的Cl2，E裝置中用水吸收Cl2O制備次氯酸溶液，F作為尾氣處理裝置，所以各裝置的連接順序為ADBCEF；

(2)由題可知，42℃以上Cl2O會分解生成Cl2和O2，故為防止反應(yīng)放熱后溫度過高導(dǎo)致Cl2O分解，裝置B需放在冷水中。Cl2和2Na2CO3反應(yīng)生成Cl2O是氧化還原反應(yīng)，根據(jù)化合價的升降必然有NaCl，同時還生成了一種酸式鹽只能是NaHCO3，故化學(xué)方程式為2Cl2+2Na2CO3+H2O＝Cl2O+2NaCl+2NaHCO3；

(3)將氯氣和空氣(不參與反應(yīng))以體積比約1：3混合通入含水8%的碳酸鈉中制備Cl2O，可通過觀察A中產(chǎn)生氣泡的速率調(diào)節(jié)流速，從而控制氯氣與空氣體積比；

(4)裝置C中使用棕色平底燒瓶可以避光，防止反應(yīng)生成的HClO見光分解，方程式為：2HClO2HCl+O2↑；

(5)相比于氯氣直接溶解水中發(fā)生歧化反應(yīng)，必然導(dǎo)致有一部分氯元素生成了氯離子，造成了Cl原子的損失。本實驗的方法是Cl2O+H2O=2HClO，原子利用率100%；

(6)裝置E所得500mL次氯酸溶液濃度為0.8mol/L，n=cV=0.5mol×0.8mol/L=0.4mol，Cl2O+H2O=2HClO，反應(yīng)的二氧化氯為0.2mol，裝置B中生成的Cl2O氣體有20%滯留在E前各裝置中，制得的二氧化氯的物質(zhì)的量為=0.25mol，2Cl2+2Na2CO3+H2O＝Cl2O+2NaCl+2NaHCO3，需碳酸鈉的物質(zhì)的量為0.5mol，質(zhì)量為0.5mol×106g/mol=53g，則至少需要含水8%的碳酸鈉的質(zhì)量為≈57.6g。