Question

化学实验有助于理解化学知识，形成化学观念，提高探究与创新能力，提升科学素养．
（1）如图1在实验室中用浓盐酸与MnO₂共热制取Cl₂并进行相关实验．

①下列收集Cl₂的正确装置是    ．
②将Cl₂通入水中，所得溶液中具有氧化性的含氯粒子是    ．
③设计实验比较Cl₂和Br₂的氧化性，操作与现象是：取少量新制氯水和CCl₄于试管中，   
   
（2）能量之间可以相互转化：电解食盐水制备Cl₂是将电能转化为化学能，而原电池可将化学能转化为电能．设计两种类型的原电池，探究其能量转化效率．
限选材料：ZnSO₄（aq），FeSO_4（aq），CuSO_4（aq）；铜片，铁片，锌片和导线．
①完成原电池的甲装置示意图（如图2），并作相应标注．
要求：在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素．
②以铜片为电极之一，CuSO_4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，工作一段时间后，可观察到负极    ．
③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是    ，其原因是    ．
（3）根据牺牲阳极的阴极保护法原理，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，在（2）的材料中应选    作阳极．

Answer

（1）①氯气是比空气重的可溶于水的气体，依据氯气物理性质和装置分析；
②氯气和水反应生成盐酸和次氯酸；依据平衡状态各物质性质分析判断
③依据氯气具有氧化性能氧化溴离子为溴单质，溴单质在四氯化碳中溶解度大，据此现象分析判断设计实验；
（2）①依据原电池原理和盐桥的作用，在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，设计不同的电极为铜和锌，电解质溶液为硫酸铜和硫酸锌溶液；
②以铜片为电极之一，CuSO4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，则另一电极应比铜活泼做负极；
③从电硫稳定，能量转化彻底，反应速率快等分析判断；
（3）牲阳极的阴极保护法原理是原电池中把被保护的金属设计成正极，另一活泼的金属做负极．
【解析】
（1）①氯气是比空气中的可溶于水水的有毒气体；
A、导气管位置正确，因为氯气比空气重用向上排气方法，但只有进气口，无出气口，无法排出气体，故A错误；
B、此装置是用来收集比空气轻的气体，若收集氯气，需要短进长出，故B错误；
C、装置长进短出可以收集比空气重的气体氯气，剩余的氯气有毒需要用氢氧化钠溶液吸收，为防止倒吸，用倒扣在水面的漏斗，符合要求，故C正确；
D、氯气通入去海南溶液会发生反应．氯气被氢氧化钠吸收，不能收集到氯气，故D错误；
故答案为：C；
②将Cl2通入水中，发生反应Cl2+H2O=HCl+HClO，所得溶液中具有氧化性的含氯粒子为Cl2 HClO ClO-；
故答案为：Cl2、HClO、ClO-；
③氯气具有氧化性能氧化溴离子为溴单质，溴单质在四氯化碳中溶解度大，可以加入溴化钠溶液，充分振荡反应，Cl2+2Br-=2Cl-+Br2，静置后溴溶于下层的四氯化碳层呈橙色；
故答案为：加入适量的NaBr溶液，充分振荡，静置．溶液分层，同时下层液体颜色为橙色；
（2）①在同一烧杯中，电极与溶液含相同的金属元素，如图示设计原电池，锌做负极，铜做正极，原电池的甲装置示意图为：
故答案为：；
②以铜片为电极之一，CuSO4（aq）为电解质溶液，只在一个烧杯中组装原电池乙，依据原电池反应的原理，需要选用比铜活泼的锌做负极，下层原电池，负极发生氧化反应，Zn-2e-=Zn2+，锌溶解，故答案为：溶解；
③甲乙两种原电池中可更有效地将化学能转化为电能的是甲，因为甲可以保持电流稳定，化学能基本都转化为电能．而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应，部分能量转化为热能，故答案为：甲，甲可以保持电流稳定，化学能基本都转化为电能．而乙中的活泼金属还可以与CuSO4溶液发生置换反应，部分能量转化为热能；
（3）根据牺牲阳极的阴极保护法原理，是原电池原理的应用，利用被保护的金属做正极被保护选择，为减缓电解质溶液中铁片的腐蚀，应选择比铁活泼的金属做负极，在电池内电路为阳极，称为牺牲阳极的阴极保护法，材料中 选择锌做阳极，故答案为：Zn．