化学实验专题2流程型制备实验.docx

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化学实验专题2流程型制备实验

流程型制备实验

1．（2020·葫芦岛协作校二模）二草酸合铜酸钾晶体{K2［Cu（C2O4）2］·2H2O）（相对分子质量为354），微溶于水和酒精，可溶于氨水，在干燥的环境下较为稳定。

现以胆矾和草酸（H2C2O4）为原料制备二草酸合铜酸钾晶体的流程如下：

回答下列问题：

（1）K2［Cu（C2O4）2］·2H2O中Cu的化合价为___________。

（2）在常温下，胆矾溶液与氢氧化钠溶液反应生成氢氧化铜，当所得溶液的pH＝7时，则溶液中c（Cu2+）＝_________｛已知该温度下Ksp［Cu（OH）2］＝2.2×10－20｝。

（3）黑色固体的化学式为___________，过滤时用到的玻璃仪器有漏斗、________。

（4）草酸晶体受热易分解，产物为CO、CO2和H2O，该反应的化学方程式为___________________________________________。

（5）操作④后得到的晶体需用少量酒精洗涤，其目的是___________________。

（6）产品的定量分析：

准确称取2.000g样品溶于氨水中，并配成250mL溶液，量取25.00mL溶液于锥形瓶中，再加入10mL3.000mol·L－1稀硫酸，用0.01000mol·L－1KMnO4标准液滴定。

①若消耗KMnO4标准液的体积为20.00mL，则该产品的纯度是__________。

②滴定过程中如果盛装标准液的滴定管没有润洗，则测得的结果将_______（填“偏高”或“偏低”或“无影响”）。

【解析】

（1）K2［Cu（C2O4）2］·2H2O中K为+1价，C2O42－带两个负电荷，所以Cu的化合价为+2价：

（2）pH＝7时溶液中c（OH－）＝1×10－7由Ksp［Cu（OH）2］＝c（Cu2+）•c2（OH－）可知c（Cu2+）＝

＝

mol/L＝2.2×10－6mol/L；（3）胆矾加入氢氧化钠溶液加热煮沸可生成氧化铜，故黑色固体为CuO；过滤用到的玻璃仪器有：

漏斗、烧杯、玻璃棒；（4）草酸H2C2O4中C的化合价为+3价，根据电子守恒和元素守恒可知方程式为：

H2C2O4

CO↑+CO2↑+H2O；（5）根据题干信息该晶体微溶于酒精，干燥的环境下较为稳定，所以用少量酒精洗涤的目的是除去表面的可溶性杂质和水分，同时酒精易挥发，晶体易干燥；（6）①该滴定方法原理为：

高锰酸钾在酸性环境下可以氧化草酸根，根据得失电子守恒可知n（MnO4－）×5＝n（C2O42－）×2×（4－3），解得n（C2O42－）＝20.00×10－3×0.01000×

mol＝5×10－4mol，即二草酸合铜（II）酸钾物质的量为

×5×10－4mol＝2.5×10－4mol，产品的纯度为

×100%＝88.5%；②滴定过程中如果盛装标准液的滴定管没有润洗，标准液会被稀释，导致所用标准液体积增多，则测得的结果将偏高。

【答案】

（1）+2

（2）2.2×10－6mol/L（3）CuO；烧杯、玻璃棒

（4）H2C2O4

CO↑+CO2↑+H2O

（5）除去表面的可溶性杂质和水分，同时酒精易挥发，晶体易干燥

（6）①88.5%②偏高

2．（2020·银川一模）二氧化钒形态可在绝缘体和金属导体之间转换，具有相变特性，研究表明其可能成为未来电子业的革命性材料。

实验室以V2O5为原料合成用于制备VO2的氧钒碱式碳酸铵晶体，过程如下：

V2O5

VOCl2溶液

（NH4）5［（VO）6（CO3）4（OH）9］·10H2O（氧钒碱式碳酸铵晶体）

已知：

+4价的钒化合物在弱酸性条件下易被氧化。

回答下列问题：

（1）氧钒碱式碳酸铵中V的化合价为________。

（2）步骤i中生成VOCl2的同时生成一种无色无污染的气体，该化学方程式为__________。

也可只用浓盐酸与V2O5来制备VOCl2溶液，该法的缺点是_________。

（3）步骤ii可在下图装置中进行。

①反应前应通入CO2数分钟的目的是____________________。

②装置B中的试剂是___________。

（4）测定氧钒碱式碳酸铵晶体粗产品中钒的含量。

称量ag样品于锥形瓶中，用20mL蒸馏水与30mL混酸溶解后，加0.02mol/LKMnO4溶液至稍过量，充分反应后继续加1%NaNO2溶液除去过量的KMnO4，再用尿素除去过量的NaNO2，最后用cmol/L（NH4）2Fe（SO4）2标准溶液滴定至终点，消耗体积为bmL。

滴定反应为：

VO2++Fe2++2H+＝VO2++Fe3++H2O；

①KMnO4溶液的作用是_____________________________。

②粗产品中钒的质量分数的表达式为_______________。

【解析】

（1）（NH4）5［（VO）6（CO3）4（OH）9］中氧元素－2价，氮元素－3价，氢元素为+1价，碳元素为+4价，根据正负化合价代数和为0可知V元素为+4价；

（2）步骤i中V2O5与盐酸、N2H4•2HCl混合得到VOCl2的同时生成氮气，反应为：

2V2O5+N2H4•2HCl+6HCl＝4VOCl2+N2↑+6H2O；浓盐酸与V2O5来制备VOCl2，根据氧化还原反应原理，V元素被浓盐酸还原，则浓盐酸中氯元素被氧化得到氯气，氯气污染环境；（3）①已知：

+4价的钒化合物在弱酸性条件下易被氧化，故装置中不能有空气，反应前应通入CO2数分钟排除装置中的空气，避免产物被氧化；②A中制得的二氧化碳混有HCl气体，B装置的试剂应是能吸收HCl气体同时不吸收二氧化碳，故为饱和NaHCO3溶液；（4）①根据分析，KMnO4溶液的作用是将+4价的钒氧化为VO2+；②根据钒元素的质量守恒，根据滴定反应为：

VO2++Fe2++2H+＝VO2++Fe3++H2O，则钒元素的物质的量n＝n（（NH4）2Fe（SO4）2）＝cmol/L×b×10－3L＝cb×10－3mol，粗产品中钒的质量分数的表达式为

×100%＝

×100%。

【答案】

（1）+4

（2）2V2O5+N2H4•2HCl+6HCl＝4VOCl2+N2↑+6H2O；有氯气生成污染空气

（3）①排除装置中的空气，避免产物被氧化②饱和NaHCO3溶液

（4）①将+4的钒化合物氧化为VO2+②

×100%

3．（2020·呼和浩特质量普查调研）目前全世界的镍（Ni）消费量仅次于铜、铝、铅、锌，居有色金属第五位。

镍常用于各种高光泽装饰漆和塑料生产，也常用作催化剂。

碱式碳酸镍的制备：

工业用电解镍新液（主要含NiSO4，NiCl2等）制备碱式碳酸镍晶体［xNiCO3·yNi（OH）2·zH2O］，制备流程如图：

（1）反应器中的一个重要反应为3NiSO4+3Na2CO3+2H2O＝NiCO3·2Ni（OH）2+3Na2SO4+2X，X的化学式为_______________。

（2）物料在反应器中反应时需要控制反应温度和pH。

分析如图，反应器中最适合的pH为____________。

（3）检验碱式碳酸镍晶体洗涤干净的方法是______________________________。

测定碱式碳酸镍晶体的组成：

为测定碱式碳酸镍晶体［xNiCO3·yNi（OH）2·zH2O］组成，某小组设计了如图实验方案及装置：

资料卡片：

碱式碳酸镍晶体受热会完全分解生成NiO、CO2和H2O实验步骤：

①检查装置气密性；

②准确称量3.77g碱式碳酸镍晶体［xNiCO3·yNi（OH）2·zH2O］放在B装置中，连接仪器；

③打开弹簧夹a，鼓入一段时间空气，分别称量装置C、D、E的质量并记录；

④__________________________________；

⑤打开弹簧夹a缓缓鼓入一段时间空气；

⑥分别准确称量装置C、D、E的质量并记录；⑦根据数据进行计算（相关数据如下表）

装置C/g

装置D/g

装置E/g

加热前

250.00

190.00

190.00

加热后

251.08

190.44

190.00

实验分析及数据处理：

（4）E装置的作用__________________________。

（5）补充④的实验操作___________________________。

（6）通过计算得到碱式碳酸镍晶体的组成__________________（填化学式）。

镍的制备：

（7）写出制备Ni的化学方程式__________________________________________。

【解析】

（1）反应器中的一个重要反应为3NiSO4+3Na2CO3+2H2O＝NiCO3·2Ni（OH）2+3Na2SO4+2X，反应前Ni原子共3个、S原子共3个、O原子共23个、Na原子6个、C原子3个、H原子4个，反应后现有：

Ni原子3个、S原子共3个、O原子共19个、Na原子6个、C原子1个、H原子4个，少O原子4个，C原子2个，而这些微粒包含在2个X分子中，所以X的化学式为CO2。

（2）物料在反应器中反应时需要控制反应条件，根据图可知，在pH＝8.3时，各种杂质相对最少，所以反应器中最适合的pH8.3。

（3）反应后的滤液中含有硫酸钠，因此检验碱式碳酸镍晶体是否洗涤干净就是检验是否有硫酸根离子残留。

（4）C装置用来吸收碱式碳酸镍晶体受热分解产生的H2O，D装置用来吸收碱式碳酸镍晶体受热分解产生的CO2，E装置可以防止空气中的H2O和CO2进入D装置中，影响实验数据的测定。

（5）步骤③反应前左侧通空气是为了排尽装置中原有的CO2和水蒸气，避免装置内的CO2和水蒸气造成数据干扰，排空气后，应该开始进行反应，因此步骤④的操作为关闭弹簧夹a，点燃酒精灯，观察到C中无气泡时，说明固体分解完全，停止加热；步骤⑤再打开弹簧夹a缓缓鼓入一段时间空气，将装置中残留的CO2和水蒸气全部赶入C、D装置，被完全吸收。

（6）水的质量为251.08g－250g＝1.08g，CO2的质量为190.44g－190g＝0.44g，由于发生的是分解反应，所以生成的NiO的质量为3.77g－1.08g－0.44g＝2.25g，则分解反应中水、二氧化碳和NiO的系数比（也就是分子个数比）为即：

n（H2O）∶n（CO2）∶n（NiO）＝

∶

∶

＝6∶1∶3，xNiCO3·yNi（OH）2·zH2O

6H2O↑+CO2↑+3NiO，根据元素守恒可得可得x＝1，y＝2，z＝4即xNiCO3·yNi（OH）2·zH2O中x∶y∶z的值1∶2∶4。

（7）NiCO3·2Ni（OH）2·4H2O与N2H4·H2O反应生成Ni，Ni元素得电子，被还原，同时还生成气体X和Y，由第

（1）问知X为CO2，氧化还原反应有得电子，必有失电子的物质，由此判断另一种气体为N2，根据得失电子守恒、元素守恒配平制备Ni的化学方程式。

【答案】

（1）CO2

（2）8.3

（3）取最后一次洗涤液少许，加入HCl酸化的BaCl2溶液，若无沉淀产生，则证明沉淀已经洗涤干净

（4）吸收空气中的H2O和CO2（5）关闭弹簧夹a，点燃酒精灯，观察到C中无气泡时，停止加热

（6）NiCO3·2Ni（OH）2·4H2O

（7）2［NiCO3·2Ni（OH）2·4H2O］+3N2H4·H2O＝6Ni+3N2↑+2CO2↑+21H2O

4．（2020·天津六校第二次联考）茶叶中含有多种有益于人体健康的有机成分及钙、铁等微量金属元素，某化学研究性学习小组设计方案用以检验某品牌茶叶中铁元素的存在并测定钙元素的质量分数（已知CaC2O4为白色沉淀物质）。

首先取200g茶叶样品进行如图操作：

已知：

①文献资料显示：

某些金属离子的氢氧化物完全沉淀时的pH为：

Ca（OH）2：

13，Fe（OH）3：

4.1；②（NH4）2C2O4溶液显酸性。

（1）实验前要先将茶叶样品高温灼烧为灰粉，需要用到的实验仪器有酒精灯、三脚架、玻璃棒、泥三角________，其主要目的是___________________。

A．蒸发皿B．坩埚C．石棉网

（2）从滤液A→沉淀D的过程中需要加入的物质X可以选择________。

A．CaOB．Ca（OH）2C．NH3·H2O

（3）用酸性KMnO4标准溶液滴定滤液C时发生的反应为：

5C2O42－+2MnO4－+16H+＝10CO2↑+2Mn2++8H2O。

将滤液C稀释至250mL，取25.00mL溶液，用硫酸酸化后，用0.10mol·L－1的KMnO4标准溶液滴定，终点时消耗KMnO4溶液体积如表所示：

编号

KMnO4溶液体积/mL

1

19.98

2

22.00

3

20.02

①此步操作过程中需要用到图示中哪些仪器________。

②滴定达到终点时的现象是__________________________。

③为保证实验精确度，沉淀D及E需要分别洗涤，并将洗涤液转移回母液中，若不洗涤沉淀D，会使测定的钙元素的含量________（偏低、偏高、无影响，下同），若不洗涤沉淀E，会使测定的钙元素的含量________。

④原茶叶中钙元素的质量分数为________。

（用含a的代数式表示，已知（NH4）2C2O4的摩尔质量为124g·mol－1）。

（4）可以通过检验滤液A来验证该品牌茶叶中是否含有铁元素，所加试剂及实验现象是_______________、________________。

【解析】

（1）灼烧时需要用到的仪器有酒精灯、三脚架、玻璃棒、泥三角和坩埚；高温灼烧可以使样品中的有机物完全分解，便于后续检测；

（2）滤液A中加入X的目的是使pH升高从而沉淀铁离子，因本实验要测定Ca元素的含量，所以不能引入Ca元素，所以X可以选择一水合氨，即C；（3）①将滤液C稀释至250mL时需要使用到250mL容量瓶，滴定操作中需要使用酸式滴定管和锥形瓶，即BCD正确；②滴定结束之前溶液为无色，滴定结束时高锰酸钾溶液过量，溶液变为紫色，所以滴定终点颜色变化为滴入最后一滴KMnO4，溶液由无色变为紫色，且半分钟不恢复原色；

③沉淀D表面可能附着钙元素，若不洗涤导致生成的草酸钙沉淀偏低，从而使测定的钙元素含量偏低；沉淀E表面可能附着有未反应的草酸铵，若不洗涤会使消耗的高锰酸钾标准液偏少，间接计算出的生成的沉淀的量偏大，从而使测定的钙元素含量偏高；④表格数据中第2组数据偏差较大，所以舍去，则消耗的高锰酸钾标准液的平均体积为20.00mL，根据方程式5C2O42－+2MnO4－+16H+＝10CO2↑+2Mn2++8H2O，可知25.00mL稀释后的滤液C中含n剩（C2O42－）＝

×0.02L×0.10mol·L－1＝0.005mol，则滤液C中n剩（C2O42－）＝0.005mol×

＝0.05mol，n总（C2O42－）＝

mol，则与Ca2+反应的n（C2O42－）＝（

－0.05）mol，根据反应Ca2++C2O42－＝CaC2O4↓可知n（Ca2+）＝（

－0.05）mol，所以Ca元素的含量为

×100%＝（

－0.01）×100%；（4）滤液A中有铁离子，取少量的滤液A，滴入KSCN溶液，溶液变成红色，证明溶液中存在铁离子，即茶叶中含有铁元素。

【答案】

（1）B；使样品中的有机物完全分解，便于后续检测

（2）C

（3）①BCD

②滴入最后一滴KMnO4溶液，溶液由无色变为浅红色，且半分钟不恢复原色

③偏低；偏高④

－0.01

（4）KSCN溶液；溶液呈红色

5．（2020·首师大附中一模）草酸（H2C2O4）是一种二元弱酸，广泛分布于动植物体中。

（1）人体内草酸累积过多是导致结石（主要成分是草酸钙）形成的原因之一。

有研究发现，EDTA（一种能结合金属离子的试剂）在一定条件下可以有效溶解结石，用化学平衡原理解释其原因：

_______________________________。

（2）已知：

0.1mol·L－1KHC2O4溶液呈酸性。

下列说法正确的是_______（填字母序号）。

a．0.1mol·L－1KHC2O4溶液中：

c（K+）+c（H+）＝c（HC2O4－）+2c（C2O42－）+c（OH－）

b．0.1mol·L－1KHC2O4溶液中：

c（K+）＞c（HC2O4－）＞c（C2O42－）＞c（H2C2O4）

c．浓度均为0.1mol·L－1KHC2O4和K2C2O4的混合溶液中：

2c（K+）＝c（HC2O4－）+c（C2O42－）

d．0.1mol·L－1KHC2O4溶液中滴加等浓度NaOH溶液至中性：

c（K+）＞c（Na+）

（3）利用草酸制备草酸亚铁晶体（FeC2O4·xH2O）的流程及组分测定方法如下：

已知：

i．pH＞4时，Fe2+易被氧气氧化

ii．几种物质的溶解度（g/100gH2O）如下：

FeSO4·7H2O

（NH4）2SO4

FeSO4·（NH4）2SO4·6H2O

20℃

48

75

37

60℃

101

88

38

①用稀硫酸调溶液pH至1～2的目的是_______________，______________。

②趁热过滤的原因是：

_______________。

③氧化还原滴定法常用于测定草酸亚铁晶体的摩尔质量（M）。

称取ag草酸亚铁晶体溶于稀硫酸中，用bmol·L－1的高锰酸钾标准液滴定，到达滴定终点时，消耗高锰酸钾VmL，则M＝__________。

（已知：

部分反应产物为Mn2+、Fe3+、CO2）

【解析】

（1）草酸钙难溶于水，在水存在溶解平衡CaC2O4（s）

Ca2+（aq）+C2O42－（aq），加入EDTA，EDTA结合Ca2+后，Ca2+浓度减小，导致上述平衡正向移动，使结石逐渐溶解；

（2）0.1mol·L－1KHC2O4溶液中存在电荷守恒：

c（K+）+c（H+）＝c（HC2O4－）+2c（C2O42－）+c（OH－），a正确；KHC2O4溶液呈酸性，表明HC2O4－的电离程度大于水解程度，0.1mol·L－1KHC2O4溶液中：

c（K+）＞c（HC2O4－）＞c（C2O42－）＞c（H2C2O4），b正确；根据物料守恒，浓度均为0.1mol·L－1KHC2O4和K2C2O4的混合溶液中：

2c（K+）＝3［c（HC2O4－）+c（C2O42－）+c（H2C2O4）］，c错误；恰好完全反应后c（K+）＝c（Na+），滴加等浓度NaOH溶液至中性，反应后KHC2O4溶液须过量，溶液的成分为Na2C2O4和KHC2O4的混合溶液，故c（K+）＞c（Na+），d正确；（3）①因为pH＞4时，Fe2+易被氧气氧化，且亚铁离子、铵根离子易发生水解，溶液显酸性，所以用稀硫酸调溶液pH至1～2，可以防止Fe2+被氧化，同时可以抑制Fe2+和NH4+的水解；②根据表中数据，FeSO4·7H2O在常温下的溶解度不太大，趁热过滤，可以防止低温时FeSO4·7H2O和（NH4）2SO4析出，影响FeSO4·（NH4）2SO4·6H2O的纯度；③草酸亚铁与高锰酸钾反应的方程式为：

3MnO4－+5Fe2++5C2O42－+24H+＝3Mn2++10CO2+5Fe3++12H2O，有3MnO4－~5FeC2O4，n（FeC2O4）＝

n（MnO4－）＝

×bmol/L×V×10－3L＝

×10－3bVmol，草酸亚铁晶体的摩尔质量M＝

＝

g·mol－1。

【答案】

（1）CaC2O4（s）存在沉淀溶解平衡CaC2O4（s）

Ca2+（aq）+C2O42－（aq），EDTA结合Ca2+后，Ca2+浓度减小，导致上述平衡正向移动，结石溶解

（2）abd

（3）①抑制Fe2+和NH4+的水解；防止Fe2+被氧化

②防止低温时FeSO4·7H2O和（NH4）2SO4析出，影响FeSO4·（NH4）2SO4·6H2O的纯度

③

g·mol－1

6．（2020·四川遂宁一模）碱式硫酸铁［Fe（OH）SO4］是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。

工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物

Fe（OH）3

Fe（OH）2

Al（OH）3

开始沉淀

2.3

7.5

3.4

完全沉淀

3.2

9.7

4.4

回答下列问题：

（1）过滤用到的玻璃仪器有漏斗、_________、________。

（2）加入少量NaHCO3的目的是调节pH在________范围内。

（3）反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化亚铁离子，写出该反应的离子方程式为

________________________________________________________________。

（4）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe（OH）2+可部分水解生成Fe2（OH）42+聚合离子，该水解反应的离子方程式为_______________________________。

（5）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。

根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2+及NO3－。

为检验所得产品中是否含有Fe2+，应使用的试剂为________。

A．氯水B．KSCN溶液

C．NaOH溶液D．酸性KMnO4溶液

（6）为测定含Fe2+和Fe3+溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：

准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中，加入足量H2O2，调节pH＜2，加热除去过量H2O2；加入过量KI充分反应后，再用0.1000mol·L－1Na2S2O3标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。

已知：

2Fe3++2I－＝2Fe2++I2，2S2O32－+I2＝S4O62－+2I－。

则溶液中铁元素的总含量为________g·L－1。

若滴定前溶液中H2O2没有除尽，所测定的铁元素的含量将会________（填“偏高”“偏低”或“不变”）。

【解析】

（1）过滤用到的玻璃仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒；

（2）制备硫酸亚铁，需与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）3，避免生成Fe（OH）2沉淀，则应控制溶液pH在4.4～7.5之间；（3）在酸性条件下，NaNO2能够将Fe2+氧化成Fe3+，只身被还原成NO，根据电子守恒、电荷守恒及元素守恒可得离子方程式：

2H++Fe2++NO2－＝Fe3++NO↑+H2O；（4）Fe（OH）2+水解时结合水中的OH生成Fe2（OH）42+，剩余H+，反应的离子方程式为2Fe（OH）2++2H2O

Fe2（OH）42++2H+；（5）碱式硫酸铁中含有+3价的铁，检验碱式硫酸铁中是否含有Fe2+，可以利用其还原性，Fe2+能够使酸性KMnO4溶液紫红色褪去；（6）根据所给反应可得关系式Fe3+～S2O32－，所以n（Fe3+）＝n（Na2S2O3）＝0.1000mol·L－1×0.020L＝0.0020mol，溶液中铁元素的总含量为0.0020mol×56g·mol－1÷0.020L＝5.6g·L－1；若滴定前溶液中H2O2没有除尽，则H2O2也可氧化I－得到I2，消耗的Na2S2O3将偏多，导致所测定的铁元素的含量偏高。

【答案】

（1）玻璃棒、烧杯

（2）4.4～7.5

（3）2H++Fe2++NO2－＝Fe3++NO↑+H2O

（4）2Fe（OH）2++2H2O

Fe2（OH）42++2H+

（5）D（6）5.6；偏高

7．（2020·包头一模）碳酸盐在无机试剂制备中应用广泛。

某研究小组用如下两种方法制备FeCO3。

已知：

FeCO3是白色固体，难溶于水。

I．研究小组用炼铁厂的铁矾渣制备FeCO3，铁矾渣主要含有K2Fe