Question

无水CuCl₂为棕黄色固体，用于颜料、木材防腐等工业，并用作消毒剂、媒染剂、催化剂等。实验室用如图所示装置制取CuCl₂。(夹持装置省略)

步骤1：制备时，首先按照图1所示连接实验装置。打开两处的止水夹，检验装置的气密性。

步骤2：用镊子向H管一端装入少量石棉，将其置于H管连通管以下部分且靠近连通管约处，将卷成团状的细铜丝置于石棉上。H管的另外一端装入少量KMnO₄固体。在注射器中装入少量浓盐酸，待用。

步骤3：关闭止水夹2，打开止水夹1，将H管如图2所示倾斜放置，点燃酒精灯，加热铜丝直至其呈红热状态。立即将浓盐酸注入H管使其与KMnO₄发生反应(注意调整H管倾斜度以利于浓盐酸的加入)，观察到有黄绿色气体通过连通管部分进入H管另一端，继而与热铜丝燃烧得到产物。

待反应结束后，等待一段时间再打开止水夹2，关闭止水夹1，拉动注射器将蒸馏水慢慢的吸入H管中，在H管底部得到CuCl₂溶液。最后进行尾气的处理操作。请回答以下有关问题。

(1)检验图1所示装置气密性时的操作方法是______。反应过程中将H管倾斜放置的目的是_________(写出一条即可)。

(2)浓盐酸与KMnO₄反应的化学方程式为______。热铜丝燃烧得到产物时，铜丝上方的H管中观察到的现象是_____。反应结束后，“等待一段时间”再进行后续操作的原因是______。

(3)实验观察到蒸馏水慢慢地吸入H管中时，H管底部得到CuCl₂溶液的颜色，有一个从黄绿色到绿色再到蓝绿色的变化过程。已知在溶液中[Cu(H₂O)₄]²⁺呈蓝色，[CuCl₄]^2-呈黄色。请用方程式表示溶液颜色变化的化学平衡体系：___。

(4)H管中铜丝不直接放置在右管底部的优点是___(写出两条即可)。

Answer

慢慢向上拉动注射器 便于用酒精灯加热(或有利于氯气与铜丝的接触等) 2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O 有棕黄色的烟产生 防止蒸馏水使热的H管炸裂 [CuCl4]2-+4H2O[Cu(H2O)4]2++4Cl- 有利于氯气与铜丝接触②有利于观察溶液的形成过程③防止(或减少)反应过程中H管炸裂等

【解析】

(1)根据压强对气体体积的影响分析；Cu与Cl2反应在加热条件下进行；

(2)浓盐酸具有还原性，KMnO4具有氧化性，二者混合发生氧化还原反应，产生KCl、MnCl2、Cl2、H2O，据此书写反应的化学方程式,结合CuCl2是棕黄色固体分析实验现象；玻璃导热性差，放置一段时间，H管温度降低，进入水，就可以避免H管炸裂；

(3)根据不同微粒的颜色的不同，结合平衡移动分析判断；

(4)从反应物接触面积大小、观察溶液颜色变化、实验安全等角度分析判断。

(1)检查装置气密性的方法是慢慢向上拉动注射器，使装置中气体压强减小，外界大气压大于装置内气体压强，水、NaOH溶液会沿导气管进入装置，形成一段稳定的水柱，从而证明装置气密性良好；

KMnO4与浓盐酸混合反应产生Cl2，Cl2与Cu在加热时反应产生CuCl2，Cu丝放在石棉绒上，将H管倾斜，就可以增大H管中Cu的受热面积，便于用酒精灯加热(或有利于氯气与铜丝的接触等)；

(2)浓盐酸具有还原性，KMnO4具有氧化性，二者混合发生氧化还原反应，产生KCl、MnCl2、Cl2、H2O，根据电子守恒、原子守恒，可得该反应的化学方程式为：2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2O；Cu与Cl2加热反应产生CuCl2，使H管上部空间产生棕黄色的烟；该反应在加热条件下进行，反应放出热量，使H管内气体温度很高，反应结束后，“等待一段时间”待容器冷却后再拉动注射器将蒸馏水慢慢的吸入H管中，在H管底部得到CuCl2溶液。就可防止蒸馏水使热的H管炸裂；

(3)H管底部得到CuCl2溶液的颜色，有一个从黄绿色到绿色再到蓝绿色的变化过程。这是由于在溶液中[CuCl4]2-呈黄色，[Cu(H2O)4]2+呈蓝色，在刚开始时溶液中[CuCl4]2-浓度较大，溶液显黄色，随着水的加入，溶液中水含量增多，发生反应：[CuCl4]2-+4H2O[Cu(H2O)4]2++4Cl-，使[CuCl4]2-浓度减小，而[Cu(H2O)4]2+浓度逐渐增大，因此溶液颜色从黄绿色到绿色再到蓝绿色的变化过程；

(4)在进行该实验时，H管中铜丝不直接放置在右管底部而是放在石棉绒上，可以使H管中Cu丝底部有一定的空间，就有利于氯气与铜丝接触，使反应速率加快；同时可防止(或减少)反应过程中反应放出热，由于Cu丝直接接触容器导致H管炸裂；也有利于观察溶液的形成过程及溶液的颜色变化等。