Question

化學實驗有助于理解化學知識，形成化學觀念，提高探究與創新能力，提升科學素養。
（1）在實驗室中用濃鹽酸與MnO₂共熱制取Cl₂并進行相關實驗。
①下列收集Cl₂的正確裝置是     。

②將Cl₂通入水中，所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是                。
③設計實驗比較Cl₂和Br₂的氧化性，操作與現象是：取少量新制氯水和CCl₄于試管中，                                                                      。
（2）能量之間可以相互轉化：電解食鹽水制備Cl₂是將電能轉化為化學能，而原電池可將化學能轉化為電能。設計兩種類型的原電池，探究其能量轉化效率。
限選材料：ZnSO₄(aq)，FeSO₄₍aq)，CuSO₄₍aq)；銅片，鐵片，鋅片和導線。
①完成原電池甲的裝置示意圖（見圖15），并作相應標注。
要求：在同一燒杯中，電極與溶液含相同的金屬元素。

②銅片為電極之一，CuSO₄₍aq)為電解質溶液，只在一個燒杯中組裝原電池乙，工作一段時間后，可觀察到負極                           。
③甲乙兩種原電池中可更有效地將化學能轉化為電能的是      ，其原因是      。
（3）根據犧牲陽極的陰極保護法原理，為減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在（2）的材料中應選          作陽極。

Answer 1

（1）①C（2分）  
②Cl₂、HClO、ClO^－（3分）
③加入足量或適量NaBr溶液，振蕩、靜置，溶液分層，下層液體為橙色，說明氧化性：Cl₂> Br₂（3分，其他合理說法也給分）
（2）①（3分，下列三種圖像或其他合理畫法均給分）

②表面變黑，失去金屬光澤，被腐蝕或被氧化（1分，其他合理答案也給分）
③原電池甲或甲（1分）  有鹽橋存在時，負極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）沒有直接接觸，兩者不會直接發生置換反應，化學能不會轉化為熱能，幾乎全部轉化為電能（或無鹽橋時，負極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）直接接觸，兩者能直接發生置換反應，化學能部分轉化為電能，部分轉化為熱能，3分，其他合理解釋也可得分）
（3）鋅片（或Zn）（1分）

解析（1）①集氣瓶中使用單孔橡膠塞緊，只能進氣，不能排氣，則瓶內氣體壓強增大到一定程度，可能爆炸等，A項錯誤；倒立的集氣瓶中有雙孔橡膠塞，由于氯氣的密度比空氣大，氯氣從長導管中進，不會排出瓶內上部的空氣，而是直接沉底，從短導氣管中逸出，因此不能排出空氣收集氯氣，B項錯誤；正立的集氣瓶中有雙孔橡膠塞，由于氯氣的密度比空氣大，氯氣從長導管中進，先沉底并將底部空氣排出，短導氣管排出的氣體通過倒扣漏斗、NaOH溶液吸收處理，既防止倒吸又防止污染空氣，C項正確；氯氣與NaOH溶液能反應，即Cl₂+2NaOH=NaClO+NaCl+H₂O，因此不能用排NaOH溶液的方法收集氯氣，D項錯誤；②氯氣與水發生可逆反應，生成鹽酸和次氯酸，即Cl₂+H₂OH⁺+Cl^－+HClO，所得氯水中含有三種分子四種離子，即H₂O、Cl₂、H⁺、Cl^－、HClO、ClO^－、OH^－，其中具有強氧化性的含氯粒子是Cl₂、HClO、ClO^－；③Cl₂、Br₂都是鹵素單質，都是非金屬單質，比較非金屬單質氧化性強弱時，通過氯氣與溴化鈉溶液能否發生在置換反應、反應后四氯化碳層是否是橙色，可以判斷氯氣和溴單質的氧化性強弱，即設計的實驗方案為：取少量新制氯水和CCl₄于試管中，滴入足量或適量NaBr（或KBr、HBr）溶液，振蕩、靜置，溶液分層，下層液體是橙色，說明氯氣與溴化鈉（或KBr、HBr）溶液發生置換反應或Cl₂+2NaBr=2NaCl+Br₂（或Cl₂+2KBr=2KCl+Br₂、Cl₂+2HBr=2HCl+Br₂），四氯化碳將生成的溴從水層萃取到下層，下層呈橙色，氯元素由0價將為—1價，溴元素由—1價降為0價，則Cl₂是氧化劑，Br₂是氧化產物，由于氧化劑的氧化性比氧化產物強，則氧化性：Cl₂> Br₂；
（2）①根據題給條件和原電池的構成條件可得，帶鹽橋的原電池甲可以設計鋅銅原電池（或鐵銅原電池、鋅鐵原電池），由于外電路中電子從左移向右，說明左邊燒杯中電極的金屬活動性較強，則左、右兩邊燒杯中電極材料及電解質溶液可以為鋅片和硫酸鋅溶液、銅片和硫酸銅溶液（或者鐵片和硫酸亞鐵、銅片和硫酸銅溶液，鋅片和硫酸鋅溶液、鐵片和硫酸亞鐵溶液）；②由于金屬活動性：Zn>Fe>Cu，則原電池乙中銅片作正極，鋅片或鐵片作負極，工作一段時間后，負極金屬鋅或鐵本身被腐蝕或被氧化，表面變黑，失去金屬光澤，質量減輕，溶液中藍色變淺；③甲、乙兩種原電池都能將化學能轉化為電能，其中帶有鹽橋的原電池甲中的負極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）沒有直接接觸，二者不會直接發生置換反應，化學能不會轉化為熱能，幾乎全部轉化為電能；而原電池乙中的負極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）直接接觸，兩者會直接發生置換反應，部分化學能會轉化為熱能，化學能不可能全部轉化為電能【或無鹽橋時，負極金屬鋅和硫酸銅（或鐵和硫酸銅）直接接觸，兩者能直接發生置換反應而放熱，化學能部分變為電能，部分變為熱能】；
（3）由犧牲陽極的陰極保護法可得，鐵片作正極（陰極）時被保護，而鐵作負極（陽極）時被腐蝕，為了減緩電解質溶液中鐵片的腐蝕，在（2）的材料中應選擇比鐵活潑的鋅片作負極（陽極），使鐵片作正極（陰極），從而犧牲鋅片保護鐵片；不能選擇銅片，因為銅作正極（陰極），而鐵片作負極（陽極），此時鐵片的腐蝕速率加快，而不是延緩。
【考點定位】本題以元素化合物性質和實驗知識為載體，考查考生對常見元素的單質和重要化合物的主要性質的掌握程度；考查考生氣體收集方法、尾氣處理裝置的掌握情況；考查考生基本的實驗操作技能和初步設計實驗的能力以及分析、解決問題的能力；考查考生的創新能力和思維方法；考查考生對原電池構成條件和工作原理的理解程度，以及用圖形正確表達分析結果的能力；考查考生對原電池負極反應現象的觀察能力及其實驗現象的表達能力；考查考生對有無鹽橋對原電池中化學能轉化為電能效率的評價及分析能力；考查考生對金屬電化學防護的的理解；考查考生對元素化合物知識的綜合應用能力；