三氯化铬 (CrCl 3 ) 是常用的媒染剂和催化剂,易潮解,易升华,高温下易被氧气氧化。实验室利用反应 制取 CrCl 3 ,其实验装置如下图所示。
已知: ① COCl 2 ( 俗称光气 ) 有毒,遇水发生水解: ;
②碱性条件下, H 2 O 2 将 Cr 3+ 氧化为 ;酸性条件下, H 2 O 2 将 还原为 Cr 3+ 。
回答下列问题:
(1)A 中的试剂为 _______ ;无水 CaCl 2 的作用是 _______ ;反应结束后继续通入一段时间氮气,主要目的是 _______ 。
(2) 装置 E 用来收集产物,实验过程中若 D 处出现堵塞,可观察到的现象是 _______ ;可通过 _______ ( 填操作 ) ,使实验能继续进行。
(3) 装置 G 中发生反应的离子方程式为 _______ 。
(4) 测定产品中 CrCl 3 质量分数的实验步骤如下:
I. 取 m g CrCl 3 产品,在强碱性条件下,加入过量的 30% H 2 O 2 溶液,小火加热使 CrCl 3 完全转化为 ,继续加热一段时间;
Ⅱ . 冷却后加适量的蒸馏水,再滴入适量的浓硫酸和浓磷酸 ( 加浓磷酸的目的是为了防止指示剂提前变色 ) ,使 转化为 ;
Ⅲ . 用新配制的 标准溶液滴定至终点,消耗 标准溶液 V mL( 已知 被 Fe 2+ 还原为 Cr 3+ ) 。
①产品中 CrCl 3 质量分数表达式为 _______ 。
②下列操作将导致产品中 CrCl 3 质量分数测定值偏低的是 _______ ( 填标号 ) 。
a. 步骤 Ⅰ中未继续加热一段时间
b. 步骤 Ⅱ中未加浓磷酸
c. 步骤 Ⅲ中所用 溶液已变质
d. 步骤 Ⅲ中读数时,滴定前俯视,滴定后平视
浓硫酸 防止 G 中的水蒸气进入 E 及 C 装置中 将 COCl 2 排入装置 G 中并被充分吸收 A 中长玻璃管中液面上升 加热 D 处 ab
【详解】
(1) 根据题目信息: CrCl 3 易潮解高温下易被氧气氧化,所以要防止装置内在高温条件下不能存在空气,反应结束后继续通入一段时间氮气,主要目的是让 CrCl 3 在氮气氛围中冷却,防止空气进入使 CrCl 3 氧化; A 中装浓 H 2 SO 4 ,作用是干燥 N 2 并防止空气中水蒸气进入 C 装置;无水 CaCl 2 的作用是防止 G 中水蒸气进入 E 及 C 装置;反应结束后继续通入一段时间氮气,主要目的是将 COCl 2 排入装置 G 中并被充分吸收,回收尾气;
(2) 若 D 处出现堵塞,则 C 装置内压强增大, A 中导管内液面上升; D 处堵塞是因 CrCl 3 升华后在 D 处凝聚而产生的,故可对 D 处稍加热,使实验能继续进行;
(3) 装置 G 中可以看做是 COCl 2 先与水反应生成二氧化碳和氯化氢,二氧化碳和氯化氢再与氢氧化钠反应,故反应方程式为 ;
(4) ①测定过程中的物质的量的关系为: ,得失电子守恒,原子守恒,产品中 CrCl 3 的物质的量为: ,产品中的 CrCl 3 的质量分数表达式为: ;
② a. 步骤 Ⅰ 未继续加热一段时间,过量的 H2O2 在步骤 Ⅱ 中会将 还原为 Cr 3+ ,则滴定时消耗标准溶液 体积减小,测定的 CrCl 3 质量分数偏低, a 正确;
b. 步骤 Ⅱ 中未加浓磷酸,指示剂会提前变色,读取标准液体积小于实际,测出的 CrCl 3 质量分数偏低, b 正确;
c. 步骤 Ⅲ 中所用 已变质,则滴定用标准液体积偏大,测出的 CrCl 3 质量分数偏高, c 错误;
d. 步骤 Ⅲ 中读数时滴定前俯视 ( 读数偏小 ) ,滴定后平视,读取标准液的体积偏大。测出的 CrCl 3 质量分数偏高, d 错误。
故选 ab。
氧化还原反应:
有电子转移(得失或偏移)的反应;(无电子转移(得失或偏移)的反应为非氧化还原反应)
反应历程:
氧化还原反应前后,元素的氧化数发生变化。根据氧化数的升高或降低,可以将氧化还原反应拆分成两个半反应:氧化数升高的半反应,称为氧化反应;氧化数降低的反应,称为还原反应。氧化反应与还原反应是相互依存的,不能独立存在,它们共同组成氧化还原反应。
有电子转移(得失或偏移)的反应;(无电子转移(得失或偏移)的反应为非氧化还原反应)
电子的得失过程:
其过程用核外电子排布变化情况可表示为:
氧化还原反应中存在以下一般规律:
强弱律:氧化性:氧化剂>氧化产物;
还原性:还原剂>还原产物。
价态律:元素处于最高价态,只具有氧化性;元素处于最低价态,只具有还原性;处于中间价态,既具氧化性,又具有还原性。
转化律:同种元素不同价态间发生归中反应时,元素的氧化数只接近而不交叉,最多达到同种价态。
优先律:对于同一氧化剂,当存在多种还原剂时,通常先和还原性最强的还原剂反应。守恒律:氧化剂得到电子的数目等于还原剂失去电子的数目。
氧化还原性的强弱判定:
物质的氧化性是指物质得电子的能力,还原性是指物质失电子的能力。物质氧化性、还原性的强弱取决于物质得失电子的能力(与得失电子的数量无关)。从方程式与元素性质的角度,氧化性与还原性的有无与强弱可用以下几点判定:
(1)从元素所处的价态考虑,可初步分析物质所具备的性质(无法分析其强弱)。最高价态——只有氧化性,如H2SO4、KMnO4中的S、Mn元素;最低价态,只有还原性,如Cl-、S2-等;中间价态——既有氧化性又有还原性,如Fe、S、SO2等。
(2)根据氧化还原的方向判断:氧化性:氧化剂>氧化产物;还原性:还原剂>还原产物。
(3)根据反应条件判断:当不同的氧化剂与同一种还原剂反应时,如氧化产物中元素的价态相同,可根据反应条件的高、低进行判断,如是否需要加热,是否需要酸性条件,浓度大小等等。
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