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山东专用高考化学一轮复习专题十九物质的检验分离与提纯专题综合检测含解析
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这是一份山东专用高考化学一轮复习专题十九物质的检验分离与提纯专题综合检测含解析，共20页。
专题十九 物质的检验、分离与提纯
【3年模拟】
时间:40分钟 分值:78分
一、选择题(每小题2分,共16分)
1.《本草纲目》记载:“烧酒,其法用浓酒和糟入甑,蒸令气上,用器承滴露”“凡酸坏之酒,皆可蒸烧”。这里用到的实验方法可以用于分离 ( )
A.丁醇与乙醚 B.碘化钾与碘
C.硝酸钾与氯化钠 D.氯化铵与硫酸钠
答案 A 根据“烧酒,其法用浓酒和糟入甑,蒸令气上,用器承滴露”“凡酸坏之酒,皆可蒸烧”可知,白酒烧制的操作方法为蒸馏。丁醇和乙醚是互溶的液体,二者沸点不同,需要通过蒸馏分离,A正确;碘化钾与碘在四氯化碳中的溶解度不同,需要通过萃取分液分离,B错误;硝酸钾与氯化钠都易溶于水,二者需要通过重结晶法分离,C错误;氯化铵与硫酸钠的稳定性不同,可通过加热的方法分离,D错误。
2.下列实验中,所选装置或实验设计合理的是 ( )
A.用图①所示装置可以除去Na2CO3溶液中的CaCO3杂质
B.用乙醇提取溴水中的溴选择图②所示装置
C.用图③所示装置可以分离乙醇水溶液
D.用图④所示装置可除去CO2中含有的少量HCl
答案 A 碳酸钠能溶于水而碳酸钙难溶,过滤可实现固液分离,A项正确;乙醇与溴水互溶,B项错误;蒸馏分离乙醇和水需用蒸馏烧瓶与温度计,C项错误;应使用饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中含有的少量HCl,D项错误。
3.下列实验操作能达到实验目的的是 ( )
A.用分液漏斗分离出苯酚与溴水反应的产物
B.用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO
C.配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释
D.将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净干燥的Cl2
答案 C 苯酚与溴水反应生成三溴苯酚,三溴苯酚难溶于水,但易溶于有机溶剂,所以反应生成的三溴苯酚与过量的溴都溶于有机溶剂,无法分离,A项错误;NO能迅速与O2反应生成NO2,应用排水法收集,B项错误; Fe3+易水解生成Fe(OH)3,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释,可防止氯化铁水解,C项正确;将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水能除去HCl气体,但同时会引入水蒸气,D项错误。
易错提醒 气体通过溶液后(浓硫酸除外)会引入水蒸气,故通常在气体分离除杂操作的最后一步用干燥剂吸收混有的水蒸气。
4.实验室提纯含少量氯化钠杂质的硝酸钾的过程如图所示。
下列分析正确的是 ( )
A.操作Ⅰ是过滤,将固体分离除去
B.操作Ⅱ是加热浓缩,趁热过滤,除去杂质氯化钠
C.操作Ⅲ是过滤、洗涤,将硝酸钾晶体从溶液中分离出来
D.操作Ⅰ~Ⅲ总共需两次过滤
答案 C 操作Ⅰ应是溶解,A项错误;操作Ⅱ应是加热浓缩,冷却结晶,使KNO3晶体析出,B项错误;C项正确;操作Ⅰ~Ⅲ只过滤一次,D项错误。
5.下列实验操作能达到实验目的的是 ( )
选项
实验目的
实验操作
A
除去Cu中少量的CuO
加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤及干燥
B
用废蚀刻液(含FeCl2、FeCl3、CuCl2、HCl)制备FeCl2溶液
废蚀刻液中加入过量铁粉、充分搅拌、过滤
C
检验碳与浓硫酸反应的气态产物中含SO2和CO2
将产生的气体依次通过澄清石灰水和品红溶液
D
分离用苯萃取溴水后的水层和有机层
先放出水层,然后换一个烧杯再放出有机层
答案 B 稀硝酸与Cu和CuO都能反应,A项错误;向废蚀刻液中加入过量铁粉,能够与FeCl3、CuCl2、HCl反应,均生成FeCl2,将生成的铜和过量的铁粉过滤除去,可以得到FeCl2溶液,B项正确;澄清石灰水也能吸收二氧化硫,因此需要先检验二氧化硫,后检验二氧化碳,C项错误;分离用苯萃取溴水后的水层和有机层,应该先放出水层,然后将有机层从上口倒出,D项错误。
6.练江整治已刻不容缓,其中以印染工业造成的污染最为严重。某工厂拟综合处理含NH4+废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO),设计了如下工业流程:
下列说法错误的是 ( )
A.气体Ⅰ中主要含有的气体有N2、NO、CO
B.X在反应中作氧化剂,可通入过量的空气
C.处理含NH4+废水时,发生离子方程式是NH4++NO2- N2↑+2H2O
D.捕获剂所捕获的气体主要是CO
答案 B 工业废气中CO2、SO2可被石灰乳吸收,生成CaCO3、CaSO3,因Ca(OH)2过量,则固体Ⅰ主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3,气体Ⅰ是不能被石灰乳吸收的N2、NO、CO,A正确;由分析可知,气体Ⅰ是N2、NO、CO,气体Ⅰ中加入X,用氢氧化钠溶液处理后得到NaNO2,X可为空气,但不能过量,否则得到NaNO3,B错误;NaNO2与含有NH4+的废水反应生成无污染气体,应生成N2,发生氧化还原反应,离子方程式为NH4++NO2- N2↑+2H2O,C正确;气体Ⅱ含有CO、N2,经捕获剂所捕获的气体主要是CO,D正确。
7.下列实验操作、现象、解释或结论都正确的是 ( )
操作
现象
解释或结论
A
铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加 KSCN溶液
溶液出现血红色
铝热剂中一定含有Fe2O3
B
用洁净的玻璃棒蘸取溶液进行焰色反应
火焰呈黄色
溶液中一定有Na+
C
充分浸透了 Na2SiO3 饱和溶液的小木条,沥干后放在酒精灯外焰加热
小木条不燃烧
Na2SiO3 可用作木材防火剂
D
将海带剪碎并灼烧,加蒸馏水浸泡,再加入几滴淀粉溶液,观察溶液颜色的变化
溶液颜色变蓝
海带中含有碘元素
答案 C 滴加 KSCN溶液,溶液出现血红色证明溶液中含Fe3+,但不一定原固体中含有Fe2O3,也可能含有Fe3O4,A项错误;焰色反应用铂丝或洁净无锈的铁丝蘸取溶液,玻璃棒中的Na+会干扰实验,B项错误;Na2SiO3性质稳定,其水溶液涂在木材表面可作木材防火剂,C项正确;海带灼烧后碘元素以I-形式存在,不能使淀粉变蓝,D项错误。
易错提醒 碘单质(I2)能使淀粉变蓝,切忌记为碘能使淀粉变蓝,因为碘元素还有I-、IO3-等存在形式,均不能使淀粉变蓝。
8.采用下列装置欲验证CaSO4与炭粉受热发生氧化还原反应,且还原产物是SO2。下列有关说法中不正确的是 ( )
A.装置乙欲验证气体中的还原产物,故试管中盛有CaSO4溶液
B.装置丙和装置丁的作用是除去SO2和其他杂质气体
C.装置戊中黑色粉末变红,己中出现浑浊,说明氧化产物有CO
D.实验结束时,应该先关闭止水夹,再迅速熄灭装置甲中的酒精灯
答案 A CaSO4与炭粉受热发生氧化还原反应,且还原产物是SO2,硫元素化合价降低,则碳元素化合价升高,故氧化产物为二氧化碳或一氧化碳。装置乙欲验证气体中的还原产物SO2,需要在试管中盛放品红溶液,A项错误。
二、选择题(每题4分,共24分)
9.实验室用有机含碘(主要以I2和IO3-的形式存在)废水制备单质碘的实验流程如图:
已知:碘的熔点为113 ℃,但固态的碘可以不经过熔化直接升华。下列说法错误的是 ( )
A.操作①和③中的有机相从分液漏斗下端放出
B.操作②中发生反应的离子方程式为2IO3-+5SO32-+2H+ I2+5SO42-+H2O
C.操作④中用到的玻璃仪器仅有温度计、球形冷凝管、酒精灯、接引管及锥形瓶
D.操作⑤可用如图所示的水浴装置进行
答案 C A项,操作①和③均为萃取、分液,四氯化碳的密度比水的大,溶解碘单质的有机相从分液漏斗下端放出,故A正确;B项,操作②加入Na2SO3溶液,SO32-还原IO3-生成I2,自身被氧化生成SO42-,反应的离子方程式为2IO3-+5SO32-+2H+ I2+5SO42-+H2O,故B正确;C项,操作④是将四氯化碳与碘单质分离,应采取蒸馏法,还需要蒸馏烧瓶,故C错误;D项,固体碘可以不经过熔化直接升华,操作⑤可以利用水浴装置进行,故D正确。
10.某溶液X中可能含有下列离子中的若干种:Cl-、SO42-、SO32-、HCO3-、Na+、Mg2+、Fe3+,为了确定该溶液的组成,某同学取100 mL上述溶液X,进行了如下实验,下列说法不正确的是 ( )
A.气体A可能是CO2或SO2
B.溶液X中一定存在SO42-
C.溶液X中一定不存在Fe3+和Mg2+,可能存在Na+
D.向溶液A加入硝酸酸化的硝酸银溶液可能生成白色沉淀
答案 C 白色沉淀A部分溶于酸,沉淀A可能是BaCO3或BaSO3,所以气体A可能是CO2或SO2,A项正确;X与Ba(OH)2反应生成白色沉淀,且白色沉淀A与足量盐酸反应后有剩余,沉淀中一定有BaSO4,故溶液中一定有SO42-,B项正确;X与Ba(OH)2反应生成白色沉淀,而Fe(OH)3为红褐色,故一定不含Fe3+,但可能含有Mg2+、Na+,C项错误;经过以上分析后不确定Cl-是否存在,因此需要加入硝酸酸化的AgNO3溶液检验,可能会有白色沉淀AgCl生成,D项正确。
11.实验室有一份混有少量碳酸钙杂质的碳酸钡样品。分离并提纯碳酸钡的实验步骤如下[如图为Ba(OH)2和Ca(OH)2的溶解度曲线]:
下列有关说法错误的是 ( )
A.步骤Ⅰ所需主要仪器是酒精喷灯、铁坩埚、泥三角、玻璃棒等
B.步骤Ⅱ中过滤时的温度对实验无明显影响
C.步骤Ⅲ中,当观察到红色刚好消失时,即可停止通CO2
D.上述过程中涉及分解、化合、复分解反应
答案 B 灼烧所需仪器为酒精喷灯、坩埚、泥三角,结合碳酸钙、碳酸钡在高温下能与二氧化硅反应,选用铁坩埚,A项正确;操作Ⅱ之前为Ba(OH)2饱和溶液,OH-浓度较高,依据溶解平衡,此时Ca(OH)2为沉淀,故过滤的目的是分离Ba(OH)2和Ca(OH)2,Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低,则应趁热过滤,B项错误;当观察到红色刚好消失时,说明Ba(OH)2与CO2完全反应生成BaCO3沉淀,即可停止通CO2,C项正确;步骤Ⅰ发生的是分解反应,BaO、CaO与水发生化合反应,Ba(OH)2与CO2溶于水生成的H2CO3发生的是复分解反应,D项正确。
解题思路 碳酸钡样品(含碳酸钙杂质)经过高温灼烧,分解生成BaO、CaO,溶于80 ℃的热水中,生成Ba(OH)2的饱和溶液,由于Ca(OH)2溶解度随温度升高而降低,趁热过滤得到Ba(OH)2溶液(含少量氢氧化钙杂质),冷却结晶后重新溶于水得到Ba(OH)2溶液,最后通入CO2,通过酚酞作指示剂确定反应进行的程度,从而得到碳酸钡。
12.硫酸锰可用于饲料营养强化剂和媒染剂。其生产原材料软锰矿(MnO2)、菱锰矿(MnCO3)中常混有硫酸亚铁和硫酸镁等杂质,生产工艺如下图:
已知:
(1)硫酸锰晶体和硫酸镁晶体的溶解度曲线如下图。
(2)完全沉淀离子的pH:Fe3+为3.5,Fe2+为9.5,Mn2+为10.8,Mg2+为11.6。
下列判断正确的是 ( )
A.试剂A应该选择H2O2,目的是将Fe2+氧化为Fe3+
B.在蒸发结晶时,温度应该略高于60 ℃
C.操作Ⅰ包括蒸发、冷却、结晶、趁热过滤、洗涤等步骤,洗涤时可用稀硫酸作洗液
D.试剂A应该选择氨水,目的是调节溶液的pH
答案 B A项,试剂A应起到调节pH的作用,使铁离子水解生成沉淀而除去,因二氧化锰具有强氧化性,无需加入过氧化氢,故A错误;B项,温度高于60 ℃,晶体溶解度减小,利于蒸发结晶,故B正确;C项,操作Ⅰ用于分离硫酸锰和硫酸镁,包括蒸发、冷却、结晶、趁热过滤、洗涤等步骤,因硫酸锰晶体易溶于水,不能用稀硫酸洗涤,故C错误;D项,试剂A不能是氨水,否则会引入NH4+杂质离子,故D错误。
13.草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的熔点为101 ℃,易溶于水,受热脱水、升华,170 ℃以上分解为H2O、 CO2和CO,下图为草酸晶体的分解实验并检验其分解产物中有CO,下列有关说法正确的 ( )
A.A装置不能用于实验室分解NaHCO3固体
B.装置D的物质可为无水CuSO4
C.B、C、F装置盛装的溶液均可为澄清石灰水
D.若F中溶液变浑浊,则证明分解产物中有CO
答案 A A装置加热分解NaHCO3固体时试管应略向下倾斜,A项正确;无水CuSO4常用于检验水蒸气,而不用来吸收水蒸气,气体通过溶液时会引入水蒸气,故装置D是干燥CO,应盛装碱石灰或CaCl2固体,B项错误;B装置是除去混合气体中的CO2和草酸蒸气,应选择NaOH溶液,C装置可装Ca(OH)2检验CO2是否完全除尽,C项错误;F中溶液变浑浊,只能证明有CO2气体,若证明CO存在应看到装置E中黑色粉末变红色,C中澄清石灰水不浑浊,才能证明分解产物中有CO,D项错误。
14.现代循环经济要求综合考虑环境污染和经济效益。高纯氧化铁可作现代电子工业的材料,如图是用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁(软磁α-Fe2O3)的生产流程示意图。下列说法错误的是 ( )
硫铁矿烧渣滤液A
液B
A.步骤Ⅰ中过滤所得滤渣的主要成分是SiO2
B.步骤Ⅱ中加入铁粉的目的是将Fe3+还原为Fe2+
C.步骤Ⅲ中可选用稀硝酸调节溶液的pH
D.从滤液C中回收的主要物质可作氮肥
答案 C A项, SiO2不与酸反应,步骤Ⅰ过滤后所得滤渣为SiO2,故A正确;B项,滤液A中加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+,故B正确;C项,稀硝酸具有氧化性,可将Fe2+氧化,所以调节溶液的pH不能用稀硝酸,故C错误;D项,滤液为铵盐溶液,可回收得到氮肥,故D正确。
审题方法 在硫铁矿烧渣中加入酸,SiO2不与酸反应,过滤后所得滤渣为SiO2,滤液中加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+,可加入氨水调节溶液pH至5~6.5,过滤后在滤液中加入碳酸氢铵可生成FeCO3,经高温煅烧可得Fe2O3,滤液C中溶质主要为铵盐,可回收得到氮肥。
三、非选择题(共48分)
15.(10分)甲醛(HCHO),无色气体,易溶于水,有特殊的刺激性气味,对人眼、鼻等有刺激作用。40%甲醛溶液沸点为96 ℃,易挥发。甲醛在碱性溶液中具有极强的还原性。为探究过量甲醛和新制Cu(OH)2反应的产物成分,进行如下研究:
(1)在如图装置中进行实验,向a中加入0.5 mol·L-1CuSO4溶液50 mL和5 mol·L-1 NaOH溶液100 mL,振荡,再加入40%的甲醛溶液40 mL,缓慢加热a,在65 ℃时回流20分钟后冷却至室温。反应过程中观察到有棕色固体生成,最后变成红色,并有气体产生。
①仪器b的名称是 。
②仪器c的作用为 。
③能说明甲醛具有还原性的实验现象是 。
(2)查阅资料发现气体产物是副反应产生的。为确认气体产物中含H2不含CO,将装置A和如下图所示的装置连接后进行实验。
①依次连接的合理顺序为:A→B→ → → → →G。
②装置B的作用是 。
③确认气体产物中含H2而不含CO的现象是 。
(3)已知: 。证明a中甲醛的碳元素未被氧化成+4价的实验方案为:取少量a中反应后的清液, ,则说明甲醛的碳元素未被氧化成+4价。
(4)为研究红色固体产物的组成,进行如下实验(以下每步均充分反应);
已知:ⅰ.Cu2O [Cu(NH3)4]+(无色)
[Cu(NH3)4]2+(蓝色)
ⅱ.2Cu+8NH3·H2O+O2 2[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O通过上述实验,可以得出红色固体产物主要是 。
答案 (1)①恒压分液漏斗 ②冷凝回流 ③A中出现红色物质
(2)①E F D C
②吸收甲醛蒸气,防止其干扰后续实验
③F中氧化铜由黑变红,D中无水硫酸铜变蓝,C中澄清石灰水不变浑浊
(3)滴入过量浓盐酸,未见气泡产生
(4)Cu2O与Cu
解析
(1)①仪器b为恒压分液漏斗;②仪器c为球形冷凝管,主要作用是冷凝回流反应物;③能说明甲醛具有还原性的实验现象是和新制氢氧化铜加热反应生成氧化亚铜红色沉淀,A中出现红色物质(或A中出现棕色物质)。
(2)①为确认气体产物中含H2不含CO,装置A连接装置B除去甲醛,防止干扰后续实验验证,利用装置E除去水蒸气,通过与装置F中的氧化铜加热反应,利用装置D中无水硫酸铜检验是否生成水蒸气,装置C中澄清石灰水检验是否生成二氧化碳,从而验证气体中是否含一氧化碳,通过装置G收集剩余气体,依次连接的合理顺序为ABEFDCG。②装置B的作用是吸收甲醛蒸气,防止其干扰后续实验。③F中氧化铜颜色由黑变红,D中无水硫酸铜变蓝,说明生成了水蒸气,原气体中含有氢气;C中澄清石灰水不变浑浊,说明没有生成二氧化碳,说明气体产物中不含CO。
(3)甲醛被氧化为甲酸,甲酸被氧化为碳酸,若碱溶液中甲醛被氧化生成碳酸盐,加入浓盐酸会生成二氧化碳气体,设计实验证明a中甲醛的碳元素未被氧化成+4价的方法为:取少量a中反应后的清液,滴入过量的浓盐酸,未见气泡产生,说明甲醛的碳元素未被氧化成+4价。
(4)红色固体与浓氨水混合,得到无色溶液,在空气中变化为蓝色,说明含有Cu2O;剩余固体中加入浓氨水并摇动锥形瓶得深蓝色溶液是铜、氧气和一水合氨溶液反应生成深蓝色配离子,说明含有Cu,因此红色固体产物主要是Cu2O和Cu。
16.(14分)Ba(NO3)2常用于军事上生产绿色信号弹、曳光弹等。某生产BaCO3的化工厂生产排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等,该厂利用钡泥制取Ba(NO3)2晶体(不含结晶水)],部分工艺流程如下:
已知:pH=3.2时,可使Fe3+沉淀完全;
请回答下列问题:
(1)该厂生产的BaCO3因含有少量BaSO4而不纯,提纯的方法是:将产品加入足量的饱和Na2CO3溶液中,充分搅拌、过滤、洗涤。试用离子方程式说明提纯原理: 。
(2)酸溶时,Ba(FeO2)2与HNO3反应的化学方程式为 。
(3)该厂结合本厂实际,化合物X最好选用 。
A.BaCl2 B.Ba(OH)2 C.Ba(NO3)2 D.BaCO3
(4)滤渣1和滤渣2洗涤产生的废液不能直接排入环境,原因是 。
(5)①反应Ⅰ需调节溶液pH范围在4~5,目的是 。
②验证该步骤中沉淀已完全的实验操作是 。
(6)测定所得Ba(NO3)2晶体的纯度:准确称取w克晶体溶于蒸馏水,加入足量的硫酸,充分反应后,过滤、洗涤、干燥,称量其质量为m克,则该晶体的纯度为 。{提示:M[Ba(NO3)2]=261 g/mol,M(BaSO4)=233 g/mol}
答案 (1)BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)
(2)Ba(FeO2)2+8HNO3 Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O
(3)D
(4)废液中含有的重金属离子Ba2+会污染环境
(5)①中和溶液中过量的H+,促进溶液中Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀
②取上层清液于试管中,往其中滴入几滴KSCN溶液,若不变血红色,则证明沉淀已完全
(6)261m233w×100%
解析 (1)饱和Na2CO3溶液中c(CO32-)较高,容易实现沉淀的转化BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)。(2)Ba(FeO2)2中钡元素为+2价,铁元素为+3价,不发生氧化还原反应,故可得化学方程式:Ba(FeO2)2+8HNO3 Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。(3)加入X的作用是调节溶液pH至4~5,A、C不能消耗H+,B较难控制pH,故选用BaCO3。(4)滤渣1和滤渣2洗涤产生的废液中含有的重金属离子Ba2+会污染环境,不能直接排出。(5)调节溶液pH范围在4~5,可促进溶液中Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀;②验证该步骤中沉淀是否完全,则检验溶液中是否存在铁离子。(6)结合方程式Ba(NO3)2+H2SO4 BaSO4↓+2HNO3与质量守恒定律,可得Ba(NO3)2的纯度为261m233 gwg×100%=261m233w×100%。
解题思路 钡泥主要含BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等,加入硝酸,在容器中充分溶解,可生成硫酸钡沉淀,过滤后滤液中含有铁离子、钡离子等,且溶液呈酸性,可加入碳酸钡,调节溶液pH=4~5,使铁离子水解生成Fe(OH)3沉淀,过滤后废渣为Fe(OH)3,滤液中含有硝酸、硝酸钡等,加入氢氧化钡中和得到硝酸钡溶液,经蒸发、浓缩、过滤可得到硝酸钡晶体。
17.(10分)某校学习小组的同学拟用工业废铁屑(主要成分为Fe,还含有少量FeS、Fe3P等)制备FeSO4·7H2O,并探究FeSO4·7H2O高温分解的产物。
Ⅰ.制备实验步骤如下:
①称取一定量的废铁屑,用热的碳酸钠溶液浸泡,再用蒸馏水洗涤。
②将处理后的废铁屑放入锥形瓶中,加入适量3 mol/L的硫酸,连接好装置(如图)后水浴加热至反应完全。
③依据现象停止加热,趁热过滤,向滤液中补加少量硫酸。
④将滤液冷却、结晶、过滤、洗涤。
回答下列问题
(1)步骤①称量5.6 g废铁屑时,若砝码与物品的位置放反了,则称得的废铁屑的质量会 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)步骤②中需控制硫酸的用量,使铁粉过量,其目的是 。
(3)装置C的作用是 。
(4)步骤④中洗涤时所用的洗涤剂最好是 。
A.稀硝酸 B.无水乙醇 C.苯
(5)测定产品的纯度:
称取m g产品,放入锥形瓶中,用经煮沸过且冷却的蒸馏水和稀硫酸溶解,然后用c mol/L的KMnO4标准溶液滴定,消耗V mL KMnO4标准溶液。
滴定过程中发生反应的离子方程式为 ;产品的纯度为 (列出计算表达式即可)。
Ⅱ.探究FeSO4·7H2O高温分解的产物的实验装置及步骤如下,请完成相关填空:
操作步骤
实验现象
解释原因
组装好仪器,先充入氮气,再加热管式炉至700 ℃一段时间
试管E中的白色固体变蓝
分解得到的产物中含水蒸气
气体产物经过试管B时
品红溶液褪色
(6)
气体产物经过试管C时
试管C中出现白色沉淀
(7)C中反应的化学方程式为
将瓷舟中反应后的固体溶于足量稀硫酸,再滴入几滴KSCN溶液
(8)
(9)
答案 (1)减小
(2)保证溶液中不含Fe3+
(3)除去H2S、PH3等物质
(4)B
(5)MnO4-+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O 1.39cVm×100%(或cV×10-3×5×278m)×100%
(6)分解得到的产物中含SO2
(7)BaCl2+H2SO4 BaSO4↓+2HCl(或BaCl2+SO3+H2O BaSO4↓+2HCl
(8)溶液变红
(9)产物中含有SO2,S元素的化合价降低,则Fe元素的化合价会升高,溶于足量稀硫酸后,溶液含有Fe3+
解析 (1)依据托盘天平原理可知称得的废铁屑的质量会减小。(2)使铁粉过量, 保证溶液中不含Fe3+。(3)铁屑中还含有少量FeS、Fe3P等,与稀硫酸反应产生H2S、PH3等污染性气体。(4)稀硝酸能氧化亚铁离子;无水乙醇能带走产物表面水分,实现快速干燥;苯与水不互溶,不适合作洗涤剂。(5)滴定过程中发生反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O;计算可得产品的纯度为cV×10-3×5×278m×100%=1.39cVm×100%。(6)气体产物经过试管B时,分解得到的产物中含SO2,使品红溶液褪色。(7)气体产物经过试管C时,与氯化钡反应出现白色沉淀,C中反应的化学方程式为BaCl2+H2SO4 BaSO4↓+2HCl(或BaCl2+SO3+H2O BaSO4↓+2HCl。
18.(14分)用氟硅酸(H2SiF6)制备冰晶石(Na3AlF6)的工艺流程如图所示:
(1)氟硅酸(H2SiF6)酸性强于硫酸,通常由四氟化硅经水吸收制得,其化学方程式为 。
(2)反应②为脱硅工艺,滤渣②是 。
(3)向NaF溶液中加入Al2(SO4)3溶液发生反应③的离子方程式为 ;NaF溶液呈碱性,在加入Al2(SO4)3溶液前,需先用硫酸将NaF溶液的pH下调至5左右,否则可能产生副产物 。
(4)干燥前,检验冰晶石是否洗涤干净的实验方法是 。
(5)从母液中可循环利用的物质是 。
(6)碳酸化法也是工业制取冰晶石的一种方法:在偏铝酸钠及氟化钠溶液中,通入足量二氧化碳即可,请写出该反应的化学方程式: 。
答案 (1)3SiF4+3H2O 2H2SiF6+H2SiO3↓;
(2)SiO2
(3)3Na++Al3++6F- Na3AlF6↓ Al(OH)3
(4)取最后一次洗涤液少量于试管中,滴加稀盐酸酸化,再滴加适量氯化钡溶液,若不产生白色沉淀证明已洗涤干净,反之,则未洗涤干净
(5)Na2SO4
(6)6NaF+4CO2+NaAlO2+2H2O Na3AlF6↓+4NaHCO3
解析 (1)依据题意可书写方程式3SiF4+3H2O 2H2SiF6+H2SiO3↓;(2)氢氧化钠和氟硅酸钠反应生成二氧化硅、氟化钠以及水;(3)依据题意可书写离子方程式3Na++Al3++6F- Na3AlF6↓;溶液pH较高时铝离子会生成Al(OH)3沉淀;(4)反应物含硫酸根,过滤后SO42-会少量的附着在固体表面,故题目实质为检验SO42-,具体方法是取最后一次洗涤液少量于试管中,滴加稀盐酸酸化,再滴入适量氯化钡溶液,若不产生白色沉淀证明已洗涤干净,反之,则未洗涤干净;(5)反应②引入的Na+与反应③引入的SO42-存在于母液中,Na2SO4可循环利用;(6)根据题干信息可写出反应为6NaF+4CO2+NaAlO2+2H2O Na3AlF6↓+4NaHCO3。
总结归纳 检验沉淀是否洗涤干净的本质仍为离子检验,但要在实际情景中进行分析,需找出过滤后残留在固体表面较易检验的杂质离子(常为SO42-,Cl-等)。
专题十九 物质的检验、分离与提纯
【3年模拟】
时间:40分钟 分值:78分
一、选择题(每小题2分,共16分)
1.《本草纲目》记载:“烧酒,其法用浓酒和糟入甑,蒸令气上,用器承滴露”“凡酸坏之酒,皆可蒸烧”。这里用到的实验方法可以用于分离 ( )
A.丁醇与乙醚 B.碘化钾与碘
C.硝酸钾与氯化钠 D.氯化铵与硫酸钠
答案 A 根据“烧酒,其法用浓酒和糟入甑,蒸令气上,用器承滴露”“凡酸坏之酒,皆可蒸烧”可知,白酒烧制的操作方法为蒸馏。丁醇和乙醚是互溶的液体,二者沸点不同,需要通过蒸馏分离,A正确;碘化钾与碘在四氯化碳中的溶解度不同,需要通过萃取分液分离,B错误;硝酸钾与氯化钠都易溶于水,二者需要通过重结晶法分离,C错误;氯化铵与硫酸钠的稳定性不同,可通过加热的方法分离,D错误。
2.下列实验中,所选装置或实验设计合理的是 ( )
A.用图①所示装置可以除去Na2CO3溶液中的CaCO3杂质
B.用乙醇提取溴水中的溴选择图②所示装置
C.用图③所示装置可以分离乙醇水溶液
D.用图④所示装置可除去CO2中含有的少量HCl
答案 A 碳酸钠能溶于水而碳酸钙难溶,过滤可实现固液分离,A项正确;乙醇与溴水互溶,B项错误;蒸馏分离乙醇和水需用蒸馏烧瓶与温度计,C项错误;应使用饱和碳酸氢钠溶液除去CO2中含有的少量HCl,D项错误。
3.下列实验操作能达到实验目的的是 ( )
A.用分液漏斗分离出苯酚与溴水反应的产物
B.用向上排空气法收集铜粉与稀硝酸反应产生的NO
C.配制氯化铁溶液时,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释
D.将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水可得到纯净干燥的Cl2
答案 C 苯酚与溴水反应生成三溴苯酚,三溴苯酚难溶于水,但易溶于有机溶剂,所以反应生成的三溴苯酚与过量的溴都溶于有机溶剂,无法分离,A项错误;NO能迅速与O2反应生成NO2,应用排水法收集,B项错误; Fe3+易水解生成Fe(OH)3,将氯化铁溶解在较浓的盐酸中再加水稀释,可防止氯化铁水解,C项正确;将Cl2与HCl混合气体通过饱和食盐水能除去HCl气体,但同时会引入水蒸气,D项错误。
易错提醒 气体通过溶液后(浓硫酸除外)会引入水蒸气,故通常在气体分离除杂操作的最后一步用干燥剂吸收混有的水蒸气。
4.实验室提纯含少量氯化钠杂质的硝酸钾的过程如图所示。
下列分析正确的是 ( )
A.操作Ⅰ是过滤,将固体分离除去
B.操作Ⅱ是加热浓缩,趁热过滤,除去杂质氯化钠
C.操作Ⅲ是过滤、洗涤,将硝酸钾晶体从溶液中分离出来
D.操作Ⅰ~Ⅲ总共需两次过滤
答案 C 操作Ⅰ应是溶解,A项错误;操作Ⅱ应是加热浓缩,冷却结晶,使KNO3晶体析出,B项错误;C项正确;操作Ⅰ~Ⅲ只过滤一次,D项错误。
5.下列实验操作能达到实验目的的是 ( )
选项
实验目的
实验操作
A
除去Cu中少量的CuO
加入稀硝酸溶解、过滤、洗涤及干燥
B
用废蚀刻液(含FeCl2、FeCl3、CuCl2、HCl)制备FeCl2溶液
废蚀刻液中加入过量铁粉、充分搅拌、过滤
C
检验碳与浓硫酸反应的气态产物中含SO2和CO2
将产生的气体依次通过澄清石灰水和品红溶液
D
分离用苯萃取溴水后的水层和有机层
先放出水层,然后换一个烧杯再放出有机层
答案 B 稀硝酸与Cu和CuO都能反应,A项错误;向废蚀刻液中加入过量铁粉,能够与FeCl3、CuCl2、HCl反应,均生成FeCl2,将生成的铜和过量的铁粉过滤除去,可以得到FeCl2溶液,B项正确;澄清石灰水也能吸收二氧化硫,因此需要先检验二氧化硫,后检验二氧化碳,C项错误;分离用苯萃取溴水后的水层和有机层,应该先放出水层,然后将有机层从上口倒出,D项错误。
6.练江整治已刻不容缓,其中以印染工业造成的污染最为严重。某工厂拟综合处理含NH4+废水和工业废气(主要含N2、CO2、SO2、NO、CO),设计了如下工业流程:
下列说法错误的是 ( )
A.气体Ⅰ中主要含有的气体有N2、NO、CO
B.X在反应中作氧化剂,可通入过量的空气
C.处理含NH4+废水时,发生离子方程式是NH4++NO2- N2↑+2H2O
D.捕获剂所捕获的气体主要是CO
答案 B 工业废气中CO2、SO2可被石灰乳吸收,生成CaCO3、CaSO3,因Ca(OH)2过量,则固体Ⅰ主要含有Ca(OH)2、CaCO3、CaSO3,气体Ⅰ是不能被石灰乳吸收的N2、NO、CO,A正确;由分析可知,气体Ⅰ是N2、NO、CO,气体Ⅰ中加入X,用氢氧化钠溶液处理后得到NaNO2,X可为空气,但不能过量,否则得到NaNO3,B错误;NaNO2与含有NH4+的废水反应生成无污染气体,应生成N2,发生氧化还原反应,离子方程式为NH4++NO2- N2↑+2H2O,C正确;气体Ⅱ含有CO、N2,经捕获剂所捕获的气体主要是CO,D正确。
7.下列实验操作、现象、解释或结论都正确的是 ( )
操作
现象
解释或结论
A
铝热剂溶于足量稀盐酸再滴加 KSCN溶液
溶液出现血红色
铝热剂中一定含有Fe2O3
B
用洁净的玻璃棒蘸取溶液进行焰色反应
火焰呈黄色
溶液中一定有Na+
C
充分浸透了 Na2SiO3 饱和溶液的小木条,沥干后放在酒精灯外焰加热
小木条不燃烧
Na2SiO3 可用作木材防火剂
D
将海带剪碎并灼烧,加蒸馏水浸泡,再加入几滴淀粉溶液,观察溶液颜色的变化
溶液颜色变蓝
海带中含有碘元素
答案 C 滴加 KSCN溶液,溶液出现血红色证明溶液中含Fe3+,但不一定原固体中含有Fe2O3,也可能含有Fe3O4,A项错误;焰色反应用铂丝或洁净无锈的铁丝蘸取溶液,玻璃棒中的Na+会干扰实验,B项错误;Na2SiO3性质稳定,其水溶液涂在木材表面可作木材防火剂,C项正确;海带灼烧后碘元素以I-形式存在,不能使淀粉变蓝,D项错误。
易错提醒 碘单质(I2)能使淀粉变蓝,切忌记为碘能使淀粉变蓝,因为碘元素还有I-、IO3-等存在形式,均不能使淀粉变蓝。
8.采用下列装置欲验证CaSO4与炭粉受热发生氧化还原反应,且还原产物是SO2。下列有关说法中不正确的是 ( )
A.装置乙欲验证气体中的还原产物,故试管中盛有CaSO4溶液
B.装置丙和装置丁的作用是除去SO2和其他杂质气体
C.装置戊中黑色粉末变红,己中出现浑浊,说明氧化产物有CO
D.实验结束时,应该先关闭止水夹,再迅速熄灭装置甲中的酒精灯
答案 A CaSO4与炭粉受热发生氧化还原反应,且还原产物是SO2,硫元素化合价降低,则碳元素化合价升高,故氧化产物为二氧化碳或一氧化碳。装置乙欲验证气体中的还原产物SO2,需要在试管中盛放品红溶液,A项错误。
二、选择题(每题4分,共24分)
9.实验室用有机含碘(主要以I2和IO3-的形式存在)废水制备单质碘的实验流程如图:
已知:碘的熔点为113 ℃,但固态的碘可以不经过熔化直接升华。下列说法错误的是 ( )
A.操作①和③中的有机相从分液漏斗下端放出
B.操作②中发生反应的离子方程式为2IO3-+5SO32-+2H+ I2+5SO42-+H2O
C.操作④中用到的玻璃仪器仅有温度计、球形冷凝管、酒精灯、接引管及锥形瓶
D.操作⑤可用如图所示的水浴装置进行
答案 C A项,操作①和③均为萃取、分液,四氯化碳的密度比水的大,溶解碘单质的有机相从分液漏斗下端放出,故A正确;B项,操作②加入Na2SO3溶液,SO32-还原IO3-生成I2,自身被氧化生成SO42-,反应的离子方程式为2IO3-+5SO32-+2H+ I2+5SO42-+H2O,故B正确;C项,操作④是将四氯化碳与碘单质分离,应采取蒸馏法,还需要蒸馏烧瓶,故C错误;D项,固体碘可以不经过熔化直接升华,操作⑤可以利用水浴装置进行,故D正确。
10.某溶液X中可能含有下列离子中的若干种:Cl-、SO42-、SO32-、HCO3-、Na+、Mg2+、Fe3+,为了确定该溶液的组成,某同学取100 mL上述溶液X,进行了如下实验,下列说法不正确的是 ( )
A.气体A可能是CO2或SO2
B.溶液X中一定存在SO42-
C.溶液X中一定不存在Fe3+和Mg2+,可能存在Na+
D.向溶液A加入硝酸酸化的硝酸银溶液可能生成白色沉淀
答案 C 白色沉淀A部分溶于酸,沉淀A可能是BaCO3或BaSO3,所以气体A可能是CO2或SO2,A项正确;X与Ba(OH)2反应生成白色沉淀,且白色沉淀A与足量盐酸反应后有剩余,沉淀中一定有BaSO4,故溶液中一定有SO42-,B项正确;X与Ba(OH)2反应生成白色沉淀,而Fe(OH)3为红褐色,故一定不含Fe3+,但可能含有Mg2+、Na+,C项错误;经过以上分析后不确定Cl-是否存在,因此需要加入硝酸酸化的AgNO3溶液检验,可能会有白色沉淀AgCl生成,D项正确。
11.实验室有一份混有少量碳酸钙杂质的碳酸钡样品。分离并提纯碳酸钡的实验步骤如下[如图为Ba(OH)2和Ca(OH)2的溶解度曲线]:
下列有关说法错误的是 ( )
A.步骤Ⅰ所需主要仪器是酒精喷灯、铁坩埚、泥三角、玻璃棒等
B.步骤Ⅱ中过滤时的温度对实验无明显影响
C.步骤Ⅲ中,当观察到红色刚好消失时,即可停止通CO2
D.上述过程中涉及分解、化合、复分解反应
答案 B 灼烧所需仪器为酒精喷灯、坩埚、泥三角,结合碳酸钙、碳酸钡在高温下能与二氧化硅反应,选用铁坩埚,A项正确;操作Ⅱ之前为Ba(OH)2饱和溶液,OH-浓度较高,依据溶解平衡,此时Ca(OH)2为沉淀,故过滤的目的是分离Ba(OH)2和Ca(OH)2,Ca(OH)2的溶解度随温度升高而降低,则应趁热过滤,B项错误;当观察到红色刚好消失时,说明Ba(OH)2与CO2完全反应生成BaCO3沉淀,即可停止通CO2,C项正确;步骤Ⅰ发生的是分解反应,BaO、CaO与水发生化合反应,Ba(OH)2与CO2溶于水生成的H2CO3发生的是复分解反应,D项正确。
解题思路 碳酸钡样品(含碳酸钙杂质)经过高温灼烧,分解生成BaO、CaO,溶于80 ℃的热水中,生成Ba(OH)2的饱和溶液,由于Ca(OH)2溶解度随温度升高而降低,趁热过滤得到Ba(OH)2溶液(含少量氢氧化钙杂质),冷却结晶后重新溶于水得到Ba(OH)2溶液,最后通入CO2,通过酚酞作指示剂确定反应进行的程度,从而得到碳酸钡。
12.硫酸锰可用于饲料营养强化剂和媒染剂。其生产原材料软锰矿(MnO2)、菱锰矿(MnCO3)中常混有硫酸亚铁和硫酸镁等杂质,生产工艺如下图:
已知:
(1)硫酸锰晶体和硫酸镁晶体的溶解度曲线如下图。
(2)完全沉淀离子的pH:Fe3+为3.5,Fe2+为9.5,Mn2+为10.8,Mg2+为11.6。
下列判断正确的是 ( )
A.试剂A应该选择H2O2,目的是将Fe2+氧化为Fe3+
B.在蒸发结晶时,温度应该略高于60 ℃
C.操作Ⅰ包括蒸发、冷却、结晶、趁热过滤、洗涤等步骤,洗涤时可用稀硫酸作洗液
D.试剂A应该选择氨水,目的是调节溶液的pH
答案 B A项,试剂A应起到调节pH的作用,使铁离子水解生成沉淀而除去,因二氧化锰具有强氧化性,无需加入过氧化氢,故A错误;B项,温度高于60 ℃,晶体溶解度减小,利于蒸发结晶,故B正确;C项,操作Ⅰ用于分离硫酸锰和硫酸镁,包括蒸发、冷却、结晶、趁热过滤、洗涤等步骤,因硫酸锰晶体易溶于水,不能用稀硫酸洗涤,故C错误;D项,试剂A不能是氨水,否则会引入NH4+杂质离子,故D错误。
13.草酸晶体(H2C2O4·2H2O)的熔点为101 ℃,易溶于水,受热脱水、升华,170 ℃以上分解为H2O、 CO2和CO,下图为草酸晶体的分解实验并检验其分解产物中有CO,下列有关说法正确的 ( )
A.A装置不能用于实验室分解NaHCO3固体
B.装置D的物质可为无水CuSO4
C.B、C、F装置盛装的溶液均可为澄清石灰水
D.若F中溶液变浑浊,则证明分解产物中有CO
答案 A A装置加热分解NaHCO3固体时试管应略向下倾斜,A项正确;无水CuSO4常用于检验水蒸气,而不用来吸收水蒸气,气体通过溶液时会引入水蒸气,故装置D是干燥CO,应盛装碱石灰或CaCl2固体,B项错误;B装置是除去混合气体中的CO2和草酸蒸气,应选择NaOH溶液,C装置可装Ca(OH)2检验CO2是否完全除尽,C项错误;F中溶液变浑浊,只能证明有CO2气体,若证明CO存在应看到装置E中黑色粉末变红色,C中澄清石灰水不浑浊,才能证明分解产物中有CO,D项错误。
14.现代循环经济要求综合考虑环境污染和经济效益。高纯氧化铁可作现代电子工业的材料,如图是用硫铁矿烧渣(主要成分为Fe2O3、Fe3O4、FeO、SiO2)为原料制备高纯氧化铁(软磁α-Fe2O3)的生产流程示意图。下列说法错误的是 ( )
硫铁矿烧渣滤液A
液B
A.步骤Ⅰ中过滤所得滤渣的主要成分是SiO2
B.步骤Ⅱ中加入铁粉的目的是将Fe3+还原为Fe2+
C.步骤Ⅲ中可选用稀硝酸调节溶液的pH
D.从滤液C中回收的主要物质可作氮肥
答案 C A项, SiO2不与酸反应,步骤Ⅰ过滤后所得滤渣为SiO2,故A正确;B项,滤液A中加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+,故B正确;C项,稀硝酸具有氧化性,可将Fe2+氧化,所以调节溶液的pH不能用稀硝酸,故C错误;D项,滤液为铵盐溶液,可回收得到氮肥,故D正确。
审题方法 在硫铁矿烧渣中加入酸,SiO2不与酸反应,过滤后所得滤渣为SiO2,滤液中加入过量铁粉将Fe3+还原为Fe2+,可加入氨水调节溶液pH至5~6.5,过滤后在滤液中加入碳酸氢铵可生成FeCO3,经高温煅烧可得Fe2O3,滤液C中溶质主要为铵盐,可回收得到氮肥。
三、非选择题(共48分)
15.(10分)甲醛(HCHO),无色气体,易溶于水,有特殊的刺激性气味,对人眼、鼻等有刺激作用。40%甲醛溶液沸点为96 ℃,易挥发。甲醛在碱性溶液中具有极强的还原性。为探究过量甲醛和新制Cu(OH)2反应的产物成分,进行如下研究:
(1)在如图装置中进行实验,向a中加入0.5 mol·L-1CuSO4溶液50 mL和5 mol·L-1 NaOH溶液100 mL,振荡,再加入40%的甲醛溶液40 mL,缓慢加热a,在65 ℃时回流20分钟后冷却至室温。反应过程中观察到有棕色固体生成,最后变成红色,并有气体产生。
①仪器b的名称是 。
②仪器c的作用为 。
③能说明甲醛具有还原性的实验现象是 。
(2)查阅资料发现气体产物是副反应产生的。为确认气体产物中含H2不含CO,将装置A和如下图所示的装置连接后进行实验。
①依次连接的合理顺序为:A→B→ → → → →G。
②装置B的作用是 。
③确认气体产物中含H2而不含CO的现象是 。
(3)已知: 。证明a中甲醛的碳元素未被氧化成+4价的实验方案为:取少量a中反应后的清液, ,则说明甲醛的碳元素未被氧化成+4价。
(4)为研究红色固体产物的组成,进行如下实验(以下每步均充分反应);
已知:ⅰ.Cu2O [Cu(NH3)4]+(无色)
[Cu(NH3)4]2+(蓝色)
ⅱ.2Cu+8NH3·H2O+O2 2[Cu(NH3)4]2++4OH-+6H2O通过上述实验,可以得出红色固体产物主要是 。
答案 (1)①恒压分液漏斗 ②冷凝回流 ③A中出现红色物质
(2)①E F D C
②吸收甲醛蒸气,防止其干扰后续实验
③F中氧化铜由黑变红,D中无水硫酸铜变蓝,C中澄清石灰水不变浑浊
(3)滴入过量浓盐酸,未见气泡产生
(4)Cu2O与Cu
解析
(1)①仪器b为恒压分液漏斗;②仪器c为球形冷凝管,主要作用是冷凝回流反应物;③能说明甲醛具有还原性的实验现象是和新制氢氧化铜加热反应生成氧化亚铜红色沉淀,A中出现红色物质(或A中出现棕色物质)。
(2)①为确认气体产物中含H2不含CO,装置A连接装置B除去甲醛,防止干扰后续实验验证,利用装置E除去水蒸气,通过与装置F中的氧化铜加热反应,利用装置D中无水硫酸铜检验是否生成水蒸气,装置C中澄清石灰水检验是否生成二氧化碳,从而验证气体中是否含一氧化碳,通过装置G收集剩余气体,依次连接的合理顺序为ABEFDCG。②装置B的作用是吸收甲醛蒸气,防止其干扰后续实验。③F中氧化铜颜色由黑变红,D中无水硫酸铜变蓝,说明生成了水蒸气,原气体中含有氢气;C中澄清石灰水不变浑浊,说明没有生成二氧化碳,说明气体产物中不含CO。
(3)甲醛被氧化为甲酸,甲酸被氧化为碳酸,若碱溶液中甲醛被氧化生成碳酸盐,加入浓盐酸会生成二氧化碳气体,设计实验证明a中甲醛的碳元素未被氧化成+4价的方法为:取少量a中反应后的清液,滴入过量的浓盐酸,未见气泡产生,说明甲醛的碳元素未被氧化成+4价。
(4)红色固体与浓氨水混合,得到无色溶液,在空气中变化为蓝色,说明含有Cu2O;剩余固体中加入浓氨水并摇动锥形瓶得深蓝色溶液是铜、氧气和一水合氨溶液反应生成深蓝色配离子,说明含有Cu,因此红色固体产物主要是Cu2O和Cu。
16.(14分)Ba(NO3)2常用于军事上生产绿色信号弹、曳光弹等。某生产BaCO3的化工厂生产排出大量的钡泥[主要含有BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等,该厂利用钡泥制取Ba(NO3)2晶体(不含结晶水)],部分工艺流程如下:
已知:pH=3.2时,可使Fe3+沉淀完全;
请回答下列问题:
(1)该厂生产的BaCO3因含有少量BaSO4而不纯,提纯的方法是:将产品加入足量的饱和Na2CO3溶液中,充分搅拌、过滤、洗涤。试用离子方程式说明提纯原理: 。
(2)酸溶时,Ba(FeO2)2与HNO3反应的化学方程式为 。
(3)该厂结合本厂实际,化合物X最好选用 。
A.BaCl2 B.Ba(OH)2 C.Ba(NO3)2 D.BaCO3
(4)滤渣1和滤渣2洗涤产生的废液不能直接排入环境,原因是 。
(5)①反应Ⅰ需调节溶液pH范围在4~5,目的是 。
②验证该步骤中沉淀已完全的实验操作是 。
(6)测定所得Ba(NO3)2晶体的纯度:准确称取w克晶体溶于蒸馏水,加入足量的硫酸,充分反应后,过滤、洗涤、干燥,称量其质量为m克,则该晶体的纯度为 。{提示:M[Ba(NO3)2]=261 g/mol,M(BaSO4)=233 g/mol}
答案 (1)BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)
(2)Ba(FeO2)2+8HNO3 Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O
(3)D
(4)废液中含有的重金属离子Ba2+会污染环境
(5)①中和溶液中过量的H+,促进溶液中Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀
②取上层清液于试管中,往其中滴入几滴KSCN溶液,若不变血红色,则证明沉淀已完全
(6)261m233w×100%
解析 (1)饱和Na2CO3溶液中c(CO32-)较高,容易实现沉淀的转化BaSO4(s)+CO32-(aq) BaCO3(s)+SO42-(aq)。(2)Ba(FeO2)2中钡元素为+2价,铁元素为+3价,不发生氧化还原反应,故可得化学方程式:Ba(FeO2)2+8HNO3 Ba(NO3)2+2Fe(NO3)3+4H2O。(3)加入X的作用是调节溶液pH至4~5,A、C不能消耗H+,B较难控制pH,故选用BaCO3。(4)滤渣1和滤渣2洗涤产生的废液中含有的重金属离子Ba2+会污染环境,不能直接排出。(5)调节溶液pH范围在4~5,可促进溶液中Fe3+水解形成Fe(OH)3沉淀;②验证该步骤中沉淀是否完全,则检验溶液中是否存在铁离子。(6)结合方程式Ba(NO3)2+H2SO4 BaSO4↓+2HNO3与质量守恒定律,可得Ba(NO3)2的纯度为261m233 gwg×100%=261m233w×100%。
解题思路 钡泥主要含BaCO3、BaSO3、Ba(FeO2)2等,加入硝酸,在容器中充分溶解,可生成硫酸钡沉淀,过滤后滤液中含有铁离子、钡离子等,且溶液呈酸性,可加入碳酸钡,调节溶液pH=4~5,使铁离子水解生成Fe(OH)3沉淀,过滤后废渣为Fe(OH)3,滤液中含有硝酸、硝酸钡等,加入氢氧化钡中和得到硝酸钡溶液,经蒸发、浓缩、过滤可得到硝酸钡晶体。
17.(10分)某校学习小组的同学拟用工业废铁屑(主要成分为Fe,还含有少量FeS、Fe3P等)制备FeSO4·7H2O,并探究FeSO4·7H2O高温分解的产物。
Ⅰ.制备实验步骤如下:
①称取一定量的废铁屑,用热的碳酸钠溶液浸泡,再用蒸馏水洗涤。
②将处理后的废铁屑放入锥形瓶中,加入适量3 mol/L的硫酸,连接好装置(如图)后水浴加热至反应完全。
③依据现象停止加热,趁热过滤,向滤液中补加少量硫酸。
④将滤液冷却、结晶、过滤、洗涤。
回答下列问题
(1)步骤①称量5.6 g废铁屑时,若砝码与物品的位置放反了,则称得的废铁屑的质量会 (填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)步骤②中需控制硫酸的用量,使铁粉过量,其目的是 。
(3)装置C的作用是 。
(4)步骤④中洗涤时所用的洗涤剂最好是 。
A.稀硝酸 B.无水乙醇 C.苯
(5)测定产品的纯度:
称取m g产品,放入锥形瓶中,用经煮沸过且冷却的蒸馏水和稀硫酸溶解,然后用c mol/L的KMnO4标准溶液滴定,消耗V mL KMnO4标准溶液。
滴定过程中发生反应的离子方程式为 ;产品的纯度为 (列出计算表达式即可)。
Ⅱ.探究FeSO4·7H2O高温分解的产物的实验装置及步骤如下,请完成相关填空:
操作步骤
实验现象
解释原因
组装好仪器,先充入氮气,再加热管式炉至700 ℃一段时间
试管E中的白色固体变蓝
分解得到的产物中含水蒸气
气体产物经过试管B时
品红溶液褪色
(6)
气体产物经过试管C时
试管C中出现白色沉淀
(7)C中反应的化学方程式为
将瓷舟中反应后的固体溶于足量稀硫酸,再滴入几滴KSCN溶液
(8)
(9)
答案 (1)减小
(2)保证溶液中不含Fe3+
(3)除去H2S、PH3等物质
(4)B
(5)MnO4-+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O 1.39cVm×100%(或cV×10-3×5×278m)×100%
(6)分解得到的产物中含SO2
(7)BaCl2+H2SO4 BaSO4↓+2HCl(或BaCl2+SO3+H2O BaSO4↓+2HCl
(8)溶液变红
(9)产物中含有SO2,S元素的化合价降低,则Fe元素的化合价会升高,溶于足量稀硫酸后,溶液含有Fe3+
解析 (1)依据托盘天平原理可知称得的废铁屑的质量会减小。(2)使铁粉过量, 保证溶液中不含Fe3+。(3)铁屑中还含有少量FeS、Fe3P等,与稀硫酸反应产生H2S、PH3等污染性气体。(4)稀硝酸能氧化亚铁离子;无水乙醇能带走产物表面水分,实现快速干燥;苯与水不互溶,不适合作洗涤剂。(5)滴定过程中发生反应的离子方程式为MnO4-+5Fe2++8H+ Mn2++5Fe3++4H2O;计算可得产品的纯度为cV×10-3×5×278m×100%=1.39cVm×100%。(6)气体产物经过试管B时,分解得到的产物中含SO2,使品红溶液褪色。(7)气体产物经过试管C时,与氯化钡反应出现白色沉淀,C中反应的化学方程式为BaCl2+H2SO4 BaSO4↓+2HCl(或BaCl2+SO3+H2O BaSO4↓+2HCl。
18.(14分)用氟硅酸(H2SiF6)制备冰晶石(Na3AlF6)的工艺流程如图所示:
(1)氟硅酸(H2SiF6)酸性强于硫酸,通常由四氟化硅经水吸收制得,其化学方程式为 。
(2)反应②为脱硅工艺,滤渣②是 。
(3)向NaF溶液中加入Al2(SO4)3溶液发生反应③的离子方程式为 ;NaF溶液呈碱性,在加入Al2(SO4)3溶液前,需先用硫酸将NaF溶液的pH下调至5左右,否则可能产生副产物 。
(4)干燥前,检验冰晶石是否洗涤干净的实验方法是 。
(5)从母液中可循环利用的物质是 。
(6)碳酸化法也是工业制取冰晶石的一种方法:在偏铝酸钠及氟化钠溶液中,通入足量二氧化碳即可,请写出该反应的化学方程式: 。
答案 (1)3SiF4+3H2O 2H2SiF6+H2SiO3↓;
(2)SiO2
(3)3Na++Al3++6F- Na3AlF6↓ Al(OH)3
(4)取最后一次洗涤液少量于试管中,滴加稀盐酸酸化,再滴加适量氯化钡溶液,若不产生白色沉淀证明已洗涤干净,反之,则未洗涤干净
(5)Na2SO4
(6)6NaF+4CO2+NaAlO2+2H2O Na3AlF6↓+4NaHCO3
解析 (1)依据题意可书写方程式3SiF4+3H2O 2H2SiF6+H2SiO3↓;(2)氢氧化钠和氟硅酸钠反应生成二氧化硅、氟化钠以及水;(3)依据题意可书写离子方程式3Na++Al3++6F- Na3AlF6↓;溶液pH较高时铝离子会生成Al(OH)3沉淀;(4)反应物含硫酸根,过滤后SO42-会少量的附着在固体表面,故题目实质为检验SO42-,具体方法是取最后一次洗涤液少量于试管中,滴加稀盐酸酸化,再滴入适量氯化钡溶液,若不产生白色沉淀证明已洗涤干净,反之,则未洗涤干净;(5)反应②引入的Na+与反应③引入的SO42-存在于母液中,Na2SO4可循环利用;(6)根据题干信息可写出反应为6NaF+4CO2+NaAlO2+2H2O Na3AlF6↓+4NaHCO3。
总结归纳 检验沉淀是否洗涤干净的本质仍为离子检验,但要在实际情景中进行分析,需找出过滤后残留在固体表面较易检验的杂质离子(常为SO42-,Cl-等)。
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