2021版江苏新高考选考化学（苏教版）一轮复习教师用书：专题106第四单元　定量分析与工艺流程实验分析

第四单元　定量分析与工艺流程实验分析

学习任务1　定量实验

1．定量测定的常用方法
(1)沉淀法
先将某种成分转化为沉淀，然后称量纯净、干燥的沉淀的质量，再进行相关计算。
(2)测气体体积法
对于产生气体的反应，可以通过测定气体体积的方法测定样品纯度。
量气装置的设计：
下列装置中，A装置是常规的量气装置，B、C、D装置是改进后的量气装置。

(3)测气体质量法
将生成的气体通入足量的吸收剂中，通过称量实验前后吸收剂的质量，求得所吸收气体的质量，然后进行相关计算。
(4)滴定法
利用滴定操作原理，通过酸碱中和滴定、沉淀滴定和氧化还原滴定等获得相应数据后再进行相关计算。
(5)热重法
只要物质受热时发生质量变化，都可以用热重法来研究物质的组成。热重法是在控制温度的条件下，测量物质的质量与温度关系的方法。通过分析热重曲线，我们可以知道样品及其可能产生的中间产物的组成、热稳定性、热分解情况及最终产物等与质量相联系的信息。
2．定量测定实验中常用的计算方法——关系式法
关系式法是表示两种或多种物质之间物质的量关系的一种简化式子。在多步反应中，它可以把始态的反应物与终态的生成物之间的物质的量的关系表示出来，把多步计算简化成一步计算。
正确找出关系式的关键：根据方程式，找出作为中介的物质，并确定最初反应物、中介物质、最终生成物之间的物质的量的关系。
如用Na2S2O3滴定法测水中溶氧量，经过如下三步反应：
①O2＋2Mn(OH)2===2MnO(OH)2；
②MnO(OH)2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋3H2O；
③2Na2S2O3＋I2===Na2S4O6＋2NaI。
因此水中溶氧量与Na2S2O3之间的关系为
O2～2MnO(OH)2～　2I2　～　4Na2S2O3。
　 　(中介物质) (中介物质)
3．定量测定实验中要有数据的采集处理意识
实验数据的采集是化学计算的基础，一般来讲，固体试剂称质量，而液体试剂和气体试剂测量体积。
(1)称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到0.1 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平，可精确到0.000 1 g。
(2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到0.1 mL，准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式)，可估读到0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。
(3)气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量，计算其减小值；另一种方法是称吸收装置吸收气体前后的质量，计算其增大值。
(4)用pH试纸或pH计(精确到0.01)直接测出溶液的pH，经过计算可以得到溶液中H＋或OH－的物质的量浓度。
为了数据的准确性，实验中要采取必要的措施，确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等，必要时可以进行平行实验，重复测定，然后取其平均值进行计算。例如：中和滴定实验中测量酸或碱的体积要平行做2～3次滴定，取体积的平均值求算未知溶液的浓度，但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃，因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。

1．(2020·遂宁模拟)某学习小组利用如图装置(夹持装置已略去)测定某铁硫化物(FexSy)的组成。

[实验步骤]
(1)组装仪器：上述四个装置的正确连接顺序为________________。
(2)检查装置气密性：_____________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)加入药品，开始实验：应先________________________________________________，
一段时间后再____________________。
(4)停止反应：当硬质玻璃管中固体质量不再改变时，停止加热，继续通入一段时间的O2，其目的是_______________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(5)测定S元素的质量：将B中所得溶液加水配制成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液，加入足量的双氧水，再加入足量盐酸酸化的BaCl2 溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、干燥，称得其质量为2.33 g。实验所取铁硫化物的质量为6 g，则FexSy的化学式为________。
[实验反思与再探究]
(6)有同学认为步骤(5)可以设计为取25.00 mL所配溶液，加入足量的BaCl2 溶液，将所得沉淀过滤、洗涤、干燥，称量BaSO3 沉淀的质量。你认为此方案________(填“合理”或“不合理”)，理由是_____________________________________________________。
(7)有同学为了继续探究反应后硬质玻璃管中固体的成分，他将固体取出，完全溶于稀硫酸中，再向溶液中加入K3[Fe(CN)6] 溶液，未观察到明显现象，则硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为___________________________________________________________。
解析：该实验的目的是测定某铁硫化物(FexSy)的组成。观察所给装置，A为产生氧气的装置，氧气进入C与铁硫化物反应生成二氧化硫，B的作用即为吸收二氧化硫，计算硫元素的质量，得出铁硫化物(FexSy)的组成。
(1)氧气进入C前先除去水蒸气，再与铁硫化物反应生成二氧化硫，通过计算硫元素的质量，得出铁硫化物(FexSy)的组成。题中四个装置的正确连接顺序为ADCB。　
(2)检查装置的气密性时需要封住B的出气口，从分液漏斗向圆底烧瓶加水，若某时刻水不再滴下，则装置的气密性良好。
(3)加入药品，开始实验：应先打开分液漏斗的活塞，使氧气充满整个装置之后再点燃酒精喷灯，开始反应。
(4)因为本实验的关键是准确测得硫元素的质量，故当硬质玻璃管中固体质量不再改变时，停止加热，继续通入一段时间的O2，其目的是使生成的SO2全部被NaOH溶液吸收。
(5)将B中所得溶液加水配制成250 mL溶液，取25.00 mL所配溶液，加入足量的双氧水，将亚硫酸钠氧化为硫酸钠，再加入足量盐酸酸化的BaCl2 溶液，所得沉淀为BaSO4，质量为2.33 g，即0.01 mol，故250 mL溶液中n(S)＝0.1 mol，6 g铁硫化物中S的质量为3.2 g，则Fe的质量为6 g－3.2 g＝2.8 g，n(Fe)＝0.05 mol，故x∶y＝1∶2，则FexSy的化学式为FeS2。
(6)称量BaSO3 沉淀的质量不合理，因为BaSO3 在空气中会被氧化成BaSO4。
(7)将固体完全溶于稀硫酸中，再向溶液中加入K3[Fe(CN)6] 溶液，未观察到明显现象，则说明溶液中没有Fe2＋，则铁应被氧化成＋3价，即Fe2O3，故硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2。
答案：(1)ADCB　
(2)(用带止水夹的胶管)封住B的出气口，从分液漏斗向圆底烧瓶加水，若某时刻水不再滴下，则装置的气密性良好　
(3)打开分液漏斗活塞(或制氧气)　点燃酒精喷灯(或加热)
(4)使生成的SO2全部被NaOH溶液吸收
(5)FeS2
(6)不合理　SO (或Na2SO3、BaSO3)可能被氧化
(7)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2
2．(2017·高考全国卷Ⅰ)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。

回答下列问题：
(1)a的作用是____________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是____________________________________________。
f的名称是________________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________________________________；
打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是_________________________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为__________________________________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是________________________________________________________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸 V mL，则样品中氮的质量分数为____________%，样品的纯度≤________%。
解析：(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。(5)n(N)＝n(NH3)＝n(HCl)＝ mol，w(N)＝×100%＝%。C2H5NO2的相对分子质量为75，w(C2H5NO2)≤%×＝%。
答案：(1)避免b中压强过大
(2)防止暴沸　直形冷凝管
(3)c中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨气逸出
②NH＋OH－NH3↑＋H2O　保温使氨完全蒸出
(5)　

实验数据筛选的一般方法和思路
实验所得的数据，可分为有用、有效数据，正确、合理数据，错误、无效数据，及无用、多余数据等。能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点。对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”：
一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精确度为0.1 g，若数值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；
二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去；
三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用；
四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算；
五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。
学习任务2　工艺流程实验分析

1．解答无机化工流程题的程序
(1)审题步骤

(2)解题思路
→→→
2．无机化工流程题的主线
化学工艺流程题就是把化工生产过程中的重要生产工序和主要流程，用框图形式表示出来，并围绕生产流程中涉及的有关化学知识和原理设置问题，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。其流程主线可表示为
→→→→
3．无机化工流程题的结构
化学工艺流程题的结构分为题引、题干和题设三部分。
(1)题引就是用引导性的语言，简单介绍该工艺生产的目的、原料、产品，有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息；
(2)题干主要是用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；
(3)题设是根据生产过程中涉及的化学知识设计成系列问题，要求考生依据化学原理进行分析解答。
4．无机化工流程题的特点
(1)试题源于社会实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，使问题情境真实，体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系，能激发学生学习化学的兴趣。
(2)以解决化学实际问题作思路进行设问，考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力，培养学生理论联系实际、学以致用的学习品质。
(3)试题内容丰富，涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大，考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。
(4)试题新颖，信息阅读量大，考查学生的阅读能力、资料收集处理能力和知识迁移能力。
5．工艺流程术语与操作
(1)常见操作或名词
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末状或将液体雾化，增大接触面积，提高反应速率，使反应充分进行
浸取
固体加入溶剂或溶液使其中可溶性物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸取率
固体加入溶剂或溶液后，溶解出的物质的百分率
酸化、碱化
加入酸(硫酸、硝酸等)、碱使溶液呈一定的酸碱性，类似还有“氨化”指通入氨或加入氨水碱化
煅烧
在高温下灼烧使固体分解、反应或改变晶体结构
表面处理
含义很多，如用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
(2)通常用到的表述词汇和所要考虑的答题角度
表述词汇
答题角度
加过量试剂
反应进行完全或增大转化率、产率等
溶液呈酸(碱)性
电离或水解产生H＋或OH－，是否促进或抑制电离或水解等
利用率
经济性或成本、环保性等
在某气体中
考虑气体是否参与反应，是否需要达到防氧化、水解、潮解等目的
控制pH
防水解(促水解)、促沉淀等
用特殊溶剂清洗
降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
碱作用
去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH抑制水解(沉淀)，去油污
氧化剂
氧化某物质，转化为易于被除去(沉淀)的离子，如H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋
续　表
表述词汇
答题角度
温度控制在
某范围(水浴
或油浴)
①控制反应速率或固体的溶解；②防止高温时会溶解、分解或挥发；③催化剂活性最好；④为了使某物质达到沸点挥发出来；⑤控制副反应发生；⑥控制化学反应的方向；⑦对于某些工艺，降温(减压)可以减少能源成本，降低设备要求
(3)化工生产的主要实验操作
过滤
固液分离
滴定
定量测定，可用于某物质的物质的量浓度的测定
煮沸
促进水解，聚沉后有利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气
趁热过滤
为了防止被过滤的溶液在常温下析出晶体，所以保持溶液在热的时候过滤
蒸发结晶
蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质。还有类似的酸洗、碱洗、醇洗等

中学阶段常见的化工流程
(1)饱和 NaCl溶液NaHCO3晶体Na2CO3
(2)废铁屑　　　
FeSO4·7H2O(绿矾)
(3)铝矿石 滤液
Al(OH)3Al2O3Al
(4)海水Mg(OH)2MgCl2·6H2OMgCl2Mg
(5)

1．普通立德粉(BaSO4·ZnS)广泛用于工业生产中，可利用ZnSO4和BaS共沉淀法制备。以粗氧化锌(含Zn、CuO、FeO等杂质)和BaSO4为原料制备立德粉的流程如下：

(1)生产ZnSO4的过程中，反应器Ⅰ要保持强制通风，原因是______________________。
(2)加入锌粉的主要目的是________________(用离子方程式表示)。
(3)已知KMnO4在酸性溶液中被还原为Mn2＋，在弱酸性、弱碱性溶液中被还原为MnO2，在碱性溶液中被还原为MnO。据流程判断，加入KMnO4时溶液的pH应调至________；
a．2.2～2.4　　　b．5.2～5.4　　　c．12.2～12.4
滤渣Ⅲ的成分为________。
(4)制备BaS时，按物质的量之比计算，BaSO4和碳粉的投料比要大于1∶2，目的是________________________________________________________________________；
生产过程中会有少量氧气进入反应器Ⅳ，反应器Ⅳ中产生的尾气需用碱液吸收，原因是________________________________________________________________________。
(5)普通立德粉(BaSO4·ZnS)中ZnS含量为29.4%，高品质银印级立德粉中ZnS含量为62.5%。在ZnSO4、BaS、Na2SO4、Na2S中选取三种试剂制备银印级立德粉，所选试剂为________，反应的化学方程式为________________________________________________________(已知BaSO4相对分子质量为233, ZnS相对分子质量为97)。
解析：反应器Ⅰ中粗氧化锌中所含ZnO以及Zn、CuO、FeO杂质与硫酸反应，不溶性杂质以滤渣Ⅰ的形式过滤分离；反应器 Ⅱ 中用Zn置换溶液中Cu2＋；反应器Ⅲ中用KMnO4氧化Fe2＋，同时控制pH，在弱酸性、弱碱性环境中，产生MnO2和Fe(OH)3沉淀，过滤得到净化的ZnSO4溶液；反应器 Ⅳ 中制备BaS：BaSO4＋2C===BaS＋2CO2↑；反应器Ⅴ用ZnSO4和BaS共沉淀制备立德粉。反应器Ⅰ中Zn与硫酸反应产生氢气，应保持强制通风，避免氢气浓度过大而发生爆炸，出现危险。反应器Ⅱ除Cu2＋：Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu。反应器Ⅲ除Fe2＋，同时在弱酸性环境中KMnO4 被还原为MnO2，以滤渣形式分离。反应器 Ⅳ 中发生反应BaSO4＋2C===BaS＋2CO2↑(可能的副反应BaSO4＋4C===BaS＋4CO↑)，则投料比要大于1∶2，避免产生CO等有毒气体；生产过程中会有少量氧气进入反应器 Ⅳ，将BaS氧化产生SO2等有毒气体，需用碱液吸收。已知BaSO4的相对分子质量为233，ZnS的相对分子质量为97，ZnS含量为29.4%，立德粉为BaSO4·ZnS；ZnS含量为62.5%，立德粉为BaSO4·4ZnS；则需选用的三种试剂为ZnSO4、BaS和Na2S；故反应的化学方程式为4ZnSO4＋BaS＋3Na2S===BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4。
答案：(1)反应中产生氢气，达到一定浓度后易爆炸，出现危险，需要通风
(2)Zn＋Cu2＋===Zn2＋＋Cu
(3)b　MnO2和Fe(OH)3
(4)避免产生CO等有毒气体　尾气中含有SO2等有毒气体
(5)ZnSO4、BaS、Na2S　4ZnSO4＋BaS＋3Na2S===BaSO4·4ZnS＋3Na2SO4
2．(2017·高考全国卷Ⅲ)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：

回答下列问题：
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是______________，滤渣2的主要成分是____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
(用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。

a．80 ℃　　　b．60 ℃　　　c．40 ℃　　　d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是______________。
(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为____________。
解析：(1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子，而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知，滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，氢离子浓度越大(pH越小)，越有利于平衡正向移动，所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl，其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0＝×294 g·mol－1×10－3 kg·g－1＝ kg，所以产品的产率为×100%＝×100%。
答案：(1)2∶7　陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
(2)Fe　Al(OH)3
(3)小　2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
(4)d　复分解反应
(5)×100%

解答化工流程题的方法
(1)目标分析法
制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内和框外，里外结合；边分析，边思考，从易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。
(2)交叉分析法
有些化工生产选用多组原料，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原料生产所需的主要产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图分画成几条生产流水线，上下交叉分析。构成交叉分析的题型，提供的工艺流程中至少有三个因素(多组原料，中间产品，多种产品)和两条或多条生产流水线。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的有关联系，逐一破解。
(3)首尾分析法
对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中弄清将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的一系列问题也就可解答了。

1．(2018·高考江苏卷)碱式硫酸铝溶液可用于烟气脱硫。室温下向一定浓度的硫酸铝溶液中加入一定量的碳酸钙粉末，反应后经过滤得到碱式硫酸铝溶液，反应方程式为(2－x)Al2(SO4)3＋3xCaCO3＋3xH2O===2[(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3]＋3xCaSO4↓＋3xCO2↑生成物(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中x值的大小影响碱式硫酸铝溶液的脱硫效率。
(1)制备碱式硫酸铝溶液时，维持反应温度和反应时间不变，提高x值的方法有________________________________________________________________________。
(2)碱式硫酸铝溶液吸收SO2过程中，溶液的pH________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(3)通过测定碱式硫酸铝溶液中相关离子的浓度确定x的值，测定方法如下：
①取碱式硫酸铝溶液25.00 mL，加入盐酸酸化的过量BaCl2溶液充分反应，静置后过滤、洗涤，干燥至恒重，得固体2.330 0 g。
②取碱式硫酸铝溶液2.50 mL，稀释至25 mL，加入0.100 0 mol·L－1 EDTA标准溶液25.00 mL，调节溶液pH约为4.2，煮沸，冷却后用0.080 00 mol·L－1 CuSO4标准溶液滴定过量的EDTA至终点，消耗CuSO4标准溶液20.00 mL(已知Al3＋、Cu2＋与EDTA反应的化学计量比均为1∶1)。
计算(1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中的x值(写出计算过程)。
解析：(1)碱式硫酸铝中“氢氧化铝”的生成原理是碳酸钙与硫酸铝水解出的氢离子反应，促进硫酸铝水解，生成氢氧化铝。所以，欲提高x值，即提高Al(OH)3的生成量，可以增加碳酸钙的量。也可以在不增加碳酸钙用量的情况下，加快搅拌速率，使二者接触更充分，从而使硫酸铝的水解率增大。(2)二氧化硫是酸性氧化物，吸收二氧化硫必将使碱式硫酸铝溶液的pH减小。
答案：(1)适当增加CaCO3的量或加快搅拌速率
(2)减小
(3)25.00 mL溶液中：
n(SO)＝n(BaSO4)＝＝0.010 0 mol，
2．50 mL溶液中：
n(Al3＋)＝n(EDTA)－n(Cu2＋)
＝0.100 0 mol·L－1×25.00×10－3 L－0.080 00 mol·L－1×20.00×10－3 L＝9.000×10－4 mol，
25 mL溶液中：n(Al3＋)＝9.000×10－3 mol
1 mol (1－x)Al2(SO4)3·xAl(OH)3中，
n(Al3＋)＝(2－x) mol；n(SO)＝3(1－x) mol
＝＝，
x＝0.41。
2．(2017·高考全国卷Ⅲ)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：
(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变血红。由此可知：______________、______________。
(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。

①仪器B的名称是____________。
②将下列实验操作步骤正确排序____________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热　　 b．熄灭酒精灯
c．关闭K1和K2 d．打开K1和K2，缓缓通入N2
e．称量A　　　　　　 f．冷却到室温
③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝____________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。

①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为________________________________________________________________________。
a．品红　　　　　　　 b．NaOH
c．BaCl2　　　　　　　 d．Ba(NO3)2
e．浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：_______________________________
________________________________________________________________________。
解析：(1)加入KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中不含三价铁；再向试管中通入空气，溶液逐渐变血红，说明FeSO4易被空气中的氧气氧化。(2)①仪器B是干燥管。②根据实验目的及绿矾易被氧化的性质可知，实验时先打开K1和K2，缓缓通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化；再点燃酒精灯进行加热；一段时间后熄灭酒精灯，冷却至室温，关闭K1和K2，再称量A。故正确的操作顺序是dabfce。③根据题意，绿矾样品的质量为(m2－m1) g，绿矾中结晶水的质量为(m2－m3) g，则FeSO4的质量为(m3－m1) g，故绿矾中FeSO4 与H2O的物质的量之比为∶＝1∶，因此绿矾化学式中结晶水数目为。如果实验时按照a、d次序操作，则部分绿矾被氧化，导致m3增大，所以会偏小。(3)实验后残留的红色固体是氧化铁。根据氧化还原反应规律，反应中硫元素的化合价必然降低，生成二氧化硫。根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应的化学方程式：2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。由于三氧化硫极易溶于水且能与水反应生成硫酸，欲检验二氧化硫和三氧化硫，必须先用氯化钡溶液检验三氧化硫，再用品红溶液检验二氧化硫。
答案：(1)样品中没有Fe(Ⅲ)　Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为 Fe(Ⅲ)
(2)①干燥管　②dabfce　③　偏小
(3)①c、a　生成白色沉淀、褪色
②2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑

1．聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，广泛用于污水处理。实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)，制备过程如下所示：

(1)验证固体W焙烧后产生的气体中含有SO2的方法是___________________________。
(2)制备绿矾时，向溶液X中加入过量________，充分反应后，经________操作得到溶液Y，再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。
(3)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，用pH试纸测定溶液pH的操作方法为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数______________________________
(填“偏大”或“偏小”)。
解析：(1)利用SO2的漂白性来鉴别SO2。
(2)溶液X中有Fe3＋，欲制绿矾，应把Fe3＋转化为Fe2＋，所以要加过量的铁屑。
(3)用pH试纸测定溶液的pH，为了测定的准确性，应选用干燥、洁净的装置。若pH偏小，酸性过强，则形成的聚铁中OH－偏少，SO偏多，导致聚铁中铁的质量分数偏小。
答案：(1)将产生的气体通入盛有品红溶液的小试管中，若品红溶液褪色，加热能恢复原色，证明气体中含有SO2
(2)铁屑　过滤　(3)取一小块pH试纸，放在干燥、洁净的表面皿(或玻璃片)上，用干燥、洁净的玻璃棒蘸取待测溶液，滴到pH试纸上，然后与标准比色卡比较　偏小
2．利用化学原理可对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
(一)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO，可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体)。除去NO的离子方程式为________________________________________________________________________。
(二)某工厂对制铬工业污泥中Cr(Ⅲ)回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)：

常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
阳离子
Fe3＋
Fe2＋
Mg2＋
Al3＋
Cu2＋
Cr3＋
开始沉
淀时的pH
1.9
7.0
－
－
4.7
－
沉淀完
全时的pH
3.2
9.0
11.1
8.0
6.7
9.0(>9．0溶解)
(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是__________________________(至少写一条)。
(2)调pH＝8.0是为了除去________(填“Fe3＋”“Al3＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(3)钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是________(填“Fe3＋”“Al3＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(三)印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3溶液。腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：①______________________；②___________________；③过滤。(提供的药品：Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu)
解析：(一)在碱性条件下用铝粉还原NO，根据题意知NO被还原的产物为NH3·H2O，铝元素被氧化成AlO，然后进行书写和配平。
(二)先对污泥处理过程做整体分析，过滤Ⅰ的目的是除去污泥中的不溶性杂质，然后用H2O2将难以沉淀的Fe2＋氧化成易沉淀的Fe3＋，在此过程中Cr3＋被氧化成Cr2O。再调节pH至8，通过对照阳离子沉淀pH表可知，此时Fe3＋和Al3＋完全沉淀，通过过滤Ⅱ后除去沉淀，溶液中还有杂质离子Ca2＋、Mg2＋，通过钠离子交换树脂可以除去，最后用SO2还原Cr2O得到最终的产物。
(三)欲除去CuCl2溶液中的Fe3＋和Fe2＋，必须先将Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再通过调节pH至3.2～4.7，可以将Fe3＋转化成Fe(OH)3沉淀而除去。为了不引入新的杂质，氧化时用Cl2，调节pH用CuO。
答案：(一)2Al＋OH－＋NO＋2H2O===2AlO＋NH3·H2O
(二)(1)升高温度、搅拌、过滤后再向滤渣中加入硫酸(多次浸取)、适当延长浸取时间(只要答出任意一点即可，其他合理答案也可)
(2)Fe3＋、Al3＋　(3)Ca2＋、Mg2＋
(三)通入足量Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋　加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7
3．(2020·唐山高三检测)硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。以下是某工厂用含铁废铜为原料生产胆矾(CuSO4·5H2O)的工艺流程示意图：

胆矾和石膏在不同温度下的溶解度(g/100 g水)见下表：
温度/℃
20
40
60
80
100
石膏
0.32
0.26
0.15
0.11
0.07
胆矾
32
44.6
61.8
83.8
114
请回答下列问题：
(1)红棕色滤渣的主要成分是___________________________________________。
(2)写出浸出过程中生成硫酸铜的化学方程式：________________________________
________________________________________________________________________。
(3)操作Ⅰ的温度应该控制在________℃左右。
(4)从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作Ⅱ应为__________________、洗涤、干燥。
(5)取样检验是为了确认Fe3＋是否除净，有的同学设计如下方案：取样于试管→滴加KSCN溶液。老师的评价是此方案不合理。请指出该方案存在的问题：_______________________
________________________________________________________________________。
(6)反应产物中的NO可以循环使用，试仅用一个化学方程式表示NO转化为HNO3的反应：____________________________________________________________。
解析：对比原料与产品可知，该生产的主要工序：一是除去原料中的杂质铁，二是利用溶解度数据分离石膏和胆矾。再进一步分析，由于目的是制胆矾，则投入的硝酸应反应完全；杂质铁应除去，除铁一般方法是将其氧化成Fe3＋，然后调节溶液pH使之完全水解生成Fe(OH)3沉淀。
答案：(1)Fe(OH)3　(2)3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O　(3)100　(4)冷却结晶、过滤
(5)Cu2＋的蓝色对少量Fe3＋的检验有干扰　(6)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
4．三氯氧磷(POCl3)是一种重要的化工原料，工业上可以直接氧化PCl3 制备POCl3，反应原理为P4(白磷)＋6Cl2===4PCl3，2PCl3＋O2===2POCl3。
PCl3、POCl3 的部分性质如下：

熔点/℃
沸点/℃
其他
PCl3
－112
75.5
遇水生成H3PO3 和HCl
POCl3
2
105.3
遇水生成H3PO4 和HCl
某兴趣小组模拟该工艺设计实验装置如下(某些夹持装置、加热装置已略去)：

(1)仪器a 的名称为______________，装置B中长颈漏斗的作用是________________________________________________________________________。
(2)装置E用来制取Cl2，反应的离子方程式为_________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为使实验顺利进行，还需补充的装置为_____________________________________
________________________________________________________________________。
(4)反应时，需严格控制三个条件：
①先制取__________，缓慢地通入装置C中，直至装置C中的白磷消失后，再通入另一种气体。
②装置C用水浴加热控制温度为60～65 ℃，除加快反应速率外，另一目的是________________________________________________________________________。
③反应物必须干燥，否则会在装置C中产生大量的白雾，白雾的主要成分为______________(写化学式)。
(5)反应结束后通过下面步骤测定POCl3 产品中Cl 的含量。
Ⅰ.取x g产品于锥形瓶中，加入足量NaOH 溶液，POCl3 完全反应后加稀硝酸至酸性；
Ⅱ.向锥形瓶中加入 0.100 0 mol/L 的AgNO3 溶液40.00 mL，使Cl－完全沉淀；
Ⅲ.再向锥形瓶中加入20 mL硝基苯，振荡，使沉淀表面被有机物覆盖；
Ⅳ.然后加入指示剂，用c mol/L NH4SCN溶液滴定过量Ag＋ 至终点，记下所用体积为V mL。
则产品中Cl的质量分数为________________(写出计算式)。[已知：Ag3PO4 溶于酸，Ksp(AgCl)＝3.2×10－9，Ksp(AgSCN)＝2×10－12]
解析：(1)仪器a的名称是球形冷凝管；装置A中产生氧气，发生反应的化学方程式为2Na2O2＋2H2O===4NaOH＋O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑)；装置B的作用除观察O2 的流速和干燥O2之外，还有平衡气压，故装置B中长颈漏斗的作用是平衡气压。
(2)二氧化锰与浓盐酸加热反应生成氯化锰、氯气和水，反应的离子方程式为4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O。
(3)装置C为氯气和白磷发生反应的装置，反应结束后会有氯气从冷凝管a中逸出，污染空气，需要吸收处理；另外，POCl3 和PCl3 遇水会发生反应，为使实验顺利进行，需要在仪器a后连接装有碱石灰的干燥管，防止空气中水蒸气进入装置C内。
(4)①根据题意可知，应先制备出三氯化磷，然后将其氧化为POCl3，所以先制取氯气，缓慢地通入装置C中，直至装置C中的白磷消失后，再通入氧气。
②由于PCl3 的沸点是75.5 ℃，因此控制温度为60～65 ℃，其主要目的是加快反应速率，同时防止PCl3 汽化。
③POCl3 和PCl3 遇水会发生反应，均生成氯化氢，遇到水蒸气产生大量的白雾，所以反应物必须干燥。
(5)根据题意可知，NH4SCN的物质的量为cV×10－3 mol，则与之反应的银离子的物质的量为cV×10－3 mol，而总的银离子的物质的量为4×10－3 mol，所以与氯离子反应的银离子的物质的量为4×10－3 mol－cV×10－3 mol，因此氯离子的物质的量为4×10－3 mol－cV×10－3 mol，则产品中Cl的质量分数为×100%。
答案：(1)球形冷凝管　平衡气压　
(2)4H＋＋2Cl－＋MnO2Mn2＋＋Cl2↑＋2H2O
(3)在仪器a后连接装有碱石灰的干燥管
(4)①Cl2　②防止PCl3 汽化　③HCl
(5)×100%
[或%]
5．(2018·高考天津卷)烟道气中的NOx是主要的大气污染物之一，为了监测其含量，选用如下采样和检测方法。回答下列问题：
Ⅰ.采样

采样步骤：
①检验系统气密性；
②加热器将烟道气加热至140 ℃；
③打开抽气泵置换系统内空气；
④采集无尘、干燥的气样；
⑤关闭系统，停止采样。
(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用为_______________________________________。
(2)C中填充的干燥剂是________(填序号)。
a．碱石灰　　　　b．无水CuSO4　　　　c．P2O5
(3)用实验室常用仪器组装一套装置，其作用与D(装有碱液)相同，在虚线框中画出该装置的示意图，标明气体的流向及试剂。

(4)采样步骤②加热烟道气的目的是_____________________________________。
Ⅱ.NOx含量的测定
将v L气样通入适量酸化的H2O2溶液中，使NOx完全被氧化成NO，加水稀释至100.00 mL。量取 20.00 mL该溶液，加入v1 mL c1 mol·L－1 FeSO4标准溶液(过量)，充分反应后，用c2 mol·L－1 K2Cr2O7标准溶液滴定剩余的Fe2＋，终点时消耗v2 mL。
(5)NO被H2O2氧化为NO的离子方程式为____________________________________
________________________________________________________________________。
(6)滴定操作使用的玻璃仪器主要有_______________________________________。
(7)滴定过程中发生下列反应：
3Fe2＋＋NO＋4H＋===NO↑＋3Fe3＋＋2H2O
Cr2O＋6Fe2＋＋14H＋===2Cr3＋＋6Fe3＋＋7H2O
则气样中NOx折合成NO2的含量为________________mg·m－3。
(8)判断下列情况对NOx含量测定结果的影响(填“偏高”“偏低”或“无影响”)：
若缺少采样步骤③，会使测定结果________。
若FeSO4标准溶液部分变质，会使测定结果_______________________________。
解析：(1)A中装有无碱玻璃棉，其作用是除去烟道气中的粉尘。(2)C中填充的干燥剂不能吸收NOx，因此不能为碱石灰，而无水CuSO4通常只用于检验水而不是吸收水，故该干燥剂为P2O5。(3)D的作用是吸收NOx，故该装置中应装有碱液，为洗气瓶装置，气体从长管进、短管出。(4)NOx中的NO2能溶于水且与水反应，故加热烟道气的目的是防止NOx溶于冷凝水。(5)NO被H2O2氧化为NO，则H2O2被还原为H2O，配平离子方程式为2NO＋3H2O2===2NO＋2H＋＋2H2O。(6)K2Cr2O7标准溶液具有强氧化性，能氧化碱式滴定管下端的橡胶管，因此滴定操作使用的玻璃仪器主要有锥形瓶、酸式滴定管。(7)根据滴定原理，可得原溶液中NO消耗的n(Fe2＋)＝(c1 mol·L－1×v1×10－3 L－c2 mol·L－1×v2×10－3 L×6)×＝5(c1v1－6c2v2)×10－3 mol，则n(NO)＝n(Fe2＋)＝(c1v1－6c2v2)×10－3 mol，故气样中NOx折合成NO2的含量为(c1v1－6c2v2)×10－3 mol×46 000 mg·mol－1÷(v×10－3) m3＝×104 mg·m－3。(8)若缺少采样步骤③，则采集的烟道气中混有空气，测定结果偏低；若FeSO4标准溶液部分变质，则消耗的FeSO4标准溶液的体积偏大，测定结果偏高。
答案：(1)除尘　(2)c
(3)
(4)防止NOx溶于冷凝水
(5)2NO＋3H2O2===2H＋＋2NO＋2H2O
(6)锥形瓶、酸式滴定管
(7)×104
(8)偏低　偏高
6．(2020·衡阳三中模拟)氮化钙(Ca3N2) 是一种重要的化学试剂。某化学兴趣小组拟制备氮化钙并测定产品纯度。
已知：①氮化钙极易与水反应；②实验室在加热条件下用饱和NaNO2 溶液和饱和(NH4)2SO4 溶液混合制备N2；③焦性没食子酸溶液用于吸收少量O2。
Ⅰ.制备氮化钙
他们选择下列装置设计实验(装置可重复使用)：


(1)实验室将钙保存在________中(填物质名称)。氮化钙中所含化学键类型是________。
(2)气体从左至右，装置连接顺序为____________________________(填代号)。
(3)写出装置A中发生反应的化学方程式：____________________________________
________________________________________________________________________。
(4)用化学方法检验氮化钙(Ca3N2)产品中是否混有Ca，设计实验方案：________________________________________________________________________。
Ⅱ.测定产品纯度
利用如图装置测定氮化钙产品纯度(杂质不产生气体，氨不溶于煤油)。

(5)当产品与蒸馏水完全反应后，冷却至室温、调平液面、读数。调平液面操作是________________________________________________________________________。
(6)取产品质量为w g，开始量气管读数为V1 mL，最终量气管读数为V2 mL(折合成标准状况)，则该样品纯度为________________________(用代数式表示)。如果开始仰视刻度线，终点时俯视刻度线，则测得结果________(填“偏高”“偏低”或“无影响”)。
解析：(1)钙的密度比煤油的大，钙是活泼金属能与氧气、水反应，所以实验室将钙保存在煤油中；氮化钙是活泼金属元素与活泼非金属元素形成的离子化合物，所以氮化钙含有离子键。
(2)金属钙与氮气反应生成氮化钙，氮化钙能与水反应，所以装置B前后都应连接干燥装置；钙能与氧气反应，所以需要用焦性没食子酸溶液除掉氮气中的氧气，装置连接顺序为A→D→C→B→C。
(3)装置A中饱和NaNO2 溶液和饱和(NH4)2SO4 溶液在加热条件下发生归中反应生成氮气，反应的化学方程式是2NaNO2＋(NH4)2SO4Na2SO4＋2N2↑＋4H2O。
(4)氮化钙与水反应放出氨，钙与水反应生成氢气。检验氮化钙(Ca3N2)产品中是否混有Ca的方法是取少量产品溶于足量的蒸馏水中，将产生的气体依次通过足量的浓硫酸、赤热的氧化铜粉末，若黑色粉末变成红色，则原产品中含有钙，否则不含钙。
(5)调平液面是将量气管和水准瓶中的液面保持相平，操作是上下移动水准瓶。
(6)样品与水反应生成氨的体积是V2 mL－V1 mL，设样品中Ca3N2 的质量为x g。
Ca3N2＋6H2O===3Ca(OH)2＋2NH3↑
148 g 44.8 L
x g (V2－V1)×10－3 L
＝，解得x＝ ；则该样品纯度为 g÷w g×100%＝%。
如果开始仰视刻度线，终点时俯视刻度线，则测得氨的体积偏小，所以测得结果偏低。
答案：(1)煤油　离子键　(2)A→D→C→B→C
(3)2NaNO2＋(NH4)2SO4Na2SO4＋2N2↑＋4H2O
(4)取少量产品溶于足量的蒸馏水中，将产生的气体依次通过足量的浓硫酸、赤热的氧化铜粉末，若黑色粉末变成红色，则原产品中含有钙，否则不含钙　(5)上下移动水准瓶　(6)%　偏低