《创新方案》化学综合实验与化工生产流程教材.docx
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《创新方案》化学综合实验与化工生产流程教材
室温
[对应学生用书 课下限时集训（三十七）]
1．某样品是由碳酸钠与氯化钠组成的固体混合物，现欲测定样品中碳酸钠的质量分数。
某同学称取10.00g样品，配成1000mL溶液，用________（填仪器名称）量取25.00mL放入锥形瓶中，加入甲基橙作指示剂，用0.1500mol/L标准盐酸溶液滴定至终点，平行测定三次，有关实验数据记录如表，则样品中碳酸钠的质量分数为________。
实验编号
待测液体积（mL）
标准液体积（mL）
滴定前读数
终点时读数
1
25.00
0.00
30.02
2
25.00
0.20
33.80
3
25.00
1.40
31.38
解析：
碳酸钠溶液呈碱性，应选用碱式滴定管（或25.00mL移液管）。
第2组测定体积为离群值，应舍去，用1、3组求体积的平均值。
＝
＝30.00mL，依据方程式：
Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋CO2↑＋H2O，n（Na2CO3）＝
×
×0.1500mol/L×30.00×10－3L＝0.09mol，所以w（Na2CO3）＝
×100%＝95.40%。
答案：
碱式滴定管（或25.00mL移液管） 95.40%
2．已知某纯碱样品中含有NaCl杂质，某校化学兴趣小组的同学设计实验方案测定该样品中纯碱的质量分数。
（1）实验室只提供盐酸、天平、蒸发皿、玻璃棒、铁架台（带铁夹、铁圈），甲同学设计了一个实验方案。
实验中有关反应的化学方程式为______________________________，
甲同学的做法是_______________________________________________。
（2）乙同学设计了如图所示的实验装置。
实验步骤：
①准确称量盛有碱石灰的干燥管的质量（设为m1）；
②准确称取一定质量的纯碱样品（设为m0），并放入广口瓶中。
用分液漏斗缓缓地滴入稀盐酸，待不再生成气体后，称量干燥管的总质量（设为m2）。
乙同学导出的计算公式为w（Na2CO3）＝
×100%。
如果不计称量误差，该同学的实验结果有无误差？
（填“有”或“无”）________，如果有，是偏大还是偏小？
________（如果无误差，此空和后面的空不用填写），产生此误差的主要原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（3）丙同学认为乙同学在实验装置设计和使用药品上均有缺陷，若要解决乙同学实验中的问题，可对乙同学的实验装置和实验药品进行适当的改动，请按合理顺序选择仪器并完成下表：
（用大写字母代表仪器，仪器可重复使用，夹持仪器略）
选用的仪器
添加的药品
（必要的操作）
解析：
（1）本题中所给的试剂是盐酸，显然应使样品和盐酸反应；所给的称量仪器是天平，通过称量反应前后固体样品的质量可计算纯碱样品的纯度。
（2）装置中残留有CO2，未被碱石灰吸收，使所测结果可能偏小；同时实验中使用了易挥发的盐酸，使CO2中混有HCl和水蒸气，碱石灰可以吸收这种混合气体，使测量结果偏大，碱石灰还能吸收空气中的CO2和水蒸气，使所测结果可能偏大。
（3）明确了导致实验误差的原因，据此可以设计并改进实验：
通过B装置鼓入空气，使Na2CO3反应生成的CO2全部进入干燥管；将盐酸改为硫酸；用浓硫酸对CO2进行干燥；另加一干燥管可防止空气中的水蒸气和CO2进入吸收反应生成CO2的干燥管中。
答案：
（1）Na2CO3＋2HCl===2NaCl＋H2O＋CO2↑
称取一定质量的样品，向其中加入足量的盐酸，反应后将所得溶液蒸干，称量所得固体的质量（用所得固体的质量、样品的质量计算样品中Na2CO3的质量和Na2CO3的质量分数）
（2）有 偏小 有部分CO2滞留在广口瓶中（或偏大生成的CO2中混有HCl和水蒸气或空气中的CO2和水蒸气进入干燥管中）
（3）
选用的
仪器
B
C
B
A
A
添加的药
品（必要
的操作）
NaOH溶
液（从c口
鼓入空气）
稀硫酸
和样品
浓硫酸
碱石灰
碱石灰
3.硫酸锌可作为食品锌强化剂的原料。
工业上常用菱锌矿生产硫酸锌，菱锌矿的主要成分是ZnCO3，并含少量的Fe2O3、FeCO3、MgO、CaO等，生产工艺流程示意如图：
菱锌矿
菱锌矿粉
滤液1
沉淀1含针铁矿
沉淀2Zn（OH）2
硫酸
溶解
↓,
ZnSO4·7H2O…
（1）将菱锌矿研磨成粉的目的是_________________________。
（2）完成“氧化除铁”步骤中反应的离子方程式：
Fe（OH）2＋________＋__________===
Fe（OH）3＋Cl－
（3）针铁矿（Goethite）是以德国诗人歌德（Goethe）名字命名的，组成元素是Fe、O和H，化学式量为89，化学式是___________________________________________________。
（4）根据如表所示数据，调节“滤液2”的pH时，理论上可选用的最大区间为________。
Mg（OH）2
Zn（OH）2
MgCO3
CaCO3
开始沉
淀的pH
10.4
6.4
－
－
沉淀完
全的pH
12.4
8.0
－
－
开始溶
解的pH
－
10.5
－
－
Ksp
5.6×10－12
－
6.8×10－6
2.8×10－9
（5）工业上从“滤液3”制取MgO过程中，合适的反应物是________（选填序号）。
a．大理石粉 b．石灰乳
c．纯碱溶液d．烧碱溶液
（6）“滤液4”之后的操作依次为________、________、过滤、洗涤、干燥。
（7）分析表中数据，菱锌矿粉中ZnCO3的质量分数不低于________。
解析：
（2）氧化除铁时加入的试剂为漂白粉，则发生的是Fe（OH）2和ClO－之间的氧化还原反应，根据原子守恒、得失电子守恒及电荷守恒，配平题给离子反应为：
2Fe（OH）2＋ClO－＋H2O===2Fe（OH）3＋Cl－。
（3）针铁矿中Fe的价态为＋3，由题给信息知其化学式为FeO（OH）。
（4）滤液2主要含有Ca2＋、Mg2＋、Zn2＋，根据表格中数据，当8.0≤pH<10.5时，Zn2＋完全沉淀，而Ca2＋、Mg2＋没有开始沉淀，从而可以分离得到Zn（OH）2。
（5）滤液3中主要含有Ca2＋、Mg2＋，由于Mg（OH）2的溶度积比MgCO3小，加入石灰乳或烧碱可以使Mg2＋沉淀。
（6）滤液4为ZnSO4溶液，由ZnSO4溶液得到ZnSO4·7H2O晶体需要经过蒸发浓缩、冷却结晶等操作。
（7）根据锌元素守恒，ZnCO3～Zn（OH）2～ZnO，则菱锌矿中ZnCO3的质量为
，故菱锌矿中ZnCO3的质量分数为
。
答案：
（1）增大反应物接触面积（或增大反应速率或使反应更充分）
（2）2 1 ClO－ 1 H2O 2 1
（3）FeO（OH） （4）8.0≤pH<10.5 （5）b（或b和d或d）
（6）蒸发浓缩 冷却结晶 （7）125m2/81m1
4．信息时代产生的大量电子垃圾对环境构成了极大的威胁。
某“变废为宝”学生探究小组将一批废弃的线路板简单处理后，得到含70%Cu、25%Al、4%Fe及少量Au、Pt等金属的混合物，并设计出如图制备硫酸铜和硫酸铝晶体的路线：
请回答下列问题：
（1）第①步Cu与酸反应的离子方程式为_______________________________；
得到滤渣1的主要成分为___________________________________________。
（2）第②步加H2O2的作用是________________，使用H2O2的优点是_______________；调溶液pH的目的是使________________生成沉淀。
（3）用第③步所得CuSO4·5H2O制备无水CuSO4的方法是_________________。
（4）由滤渣2制取Al2（SO4）3·18H2O，探究小组设计了三种方案：
甲：
Al2（SO4）3·18H2O
乙：
Al2（SO4）3·18H2O
丙：
Al2（SO4）3·18H2O
上述三种方案中，________方案不可行，原因是__________________________；
从原子利用率角度考虑，________方案更合理。
（5）探究小组用滴定法测定CuSO4·5H2O（Mr＝250）含量。
取ag试样配成100mL溶液，每次取20.00mL，消除干扰离子后，用cmol/LEDTA（H2Y2－）标准溶液滴定至终点，平均消耗EDTA溶液bmL。
滴定反应如下：
Cu2＋＋H2Y2－===CuY2－＋2H＋。
写出计算CuSO4·5H2O质量分数的表达式w＝___________________________________________。
（6）下列操作会导致CuSO4·5H2O含量的测定结果偏高的是________。
a．未干燥锥形瓶
b．滴定终点时滴定管尖嘴中产生气泡
c．未除净可与EDTA反应的干扰离子
解析：
（1）由于没有明确加入的硝酸总量，故混合后溶液中硝酸总浓度可能较大（此时还原产物为NO2），也可能较小（此时还原产物为NO），故离子方程式有两种；滤渣1是不反应的金与铂。
（2）第②步加双氧水的作用是将Fe2＋氧化成Fe3＋。
因双氧水被还原后生成H2O，故不会带来任何杂质与污染。
由调节pH后可得到沉淀知，调节pH的目的是使Fe3＋、Al3＋转化为沉淀。
（3）因无水硫酸铜加热时不能水解到底，故可通过直接加热脱水得到无水硫酸铜。
（4）因滤渣2中含有Fe（OH）3，而甲方案没有除去铁的实验设计，得到的产品中会含有较多的Fe2（SO4）3，故甲方案不可行；乙方案中涉及的反应有2Al（OH）3＋3H2SO4===Al2（SO4）3＋6H2O及副反应：
2Fe（OH）3＋3H2SO4===Fe2（SO4）3＋6H2O、Fe2（SO4）3＋2Al===Al2（SO4）3＋2Fe，铁含量少且最终也都转化为Al2（SO4）3；丙方案中涉及的反应有Al（OH）3＋NaOH===NaAlO2＋2H2O、2NaAlO2＋4H2SO4===Al2（SO4）3＋Na2SO4＋4H2O。
乙、丙两种方案中生成1molAl2（SO4）3时，乙方案消耗3molH2SO4，丙方案消耗4molH2SO4、2molNaOH，乙的原子利用率高于丙，故乙方案较合理。
（5）由所给离子方程式，参加反应的Cu2＋与EDTA物质的量相同，故20.00mL试液中，n（Cu2＋）＝cmol/L×b×10－3L,ag样品中，n（Cu2＋）＝5×10－3bcmol，再进一步求出五水硫酸铜的质量为250×5×10－3bcg，再除以样品总质量就可以得到质量分数。
（6）锥形瓶中的少量水对滴定结果无影响，a错误；滴定终点时有气泡，会导致第二次读数偏小，则误认为消耗的标准溶液体积偏小，结果偏低，b错误；当干扰离子能与EDTA反应时，会导致标准溶液消耗量增加，结果偏高，c正确。
答案：
（1）Cu＋4H＋＋2NO
Cu2＋＋2NO2↑＋2H2O（或3Cu＋8H＋＋2NO
3Cu2＋＋2NO↑＋4H2O） Au、Pt
（2）将Fe2＋氧化为Fe3＋ 不引入杂质，对环境无污染 Fe3＋、Al3＋ （3）加热脱水
（4）甲 所得产品中含有较多Fe2（SO4）3杂质 乙
（5）
×100% （6）c
5．（2014·广州模拟）工业上制取漂白粉的化学反应方程式为2Cl2＋2Ca（OH）2===CaCl2＋Ca（ClO）2＋2H2O。
实验室中有一瓶密封不严的漂白粉，其中肯定存在CaCl2，请设计实验，探究该固体中可能存在的其他物质。
（1）提出合理假设。
假设1：
该漂白粉未变质，含有CaCl2，并含________；
假设2：
该漂白粉全部变质，含有CaCl2，并含________；
假设3：
该漂白粉部分变质，含有CaCl2，又含有Ca（ClO）2、CaCO3。
（2）设计实验方案，进行实验。
请在表格中写出实验步骤、预期现象和结论。
限选用的仪器和药品：
试管、滴管、带导管的单孔塞、蒸馏水、自来水、1mol/L盐酸、品红溶液、新制澄清石灰水。
（提示：
不必检验Ca2＋和Cl－，表格可以不填满。
）
实验步骤
预期现象和结论
①
取少量上述漂白粉于试管中，
________________________
②
③
解析：
（1）漂白粉中存在的物质是CaCl2、Ca（ClO）2，变质后Ca（ClO）2会转化成CaCO3。
如果漂白粉未变质，该固体中含有CaCl2和Ca（ClO）2；如果全部变质，该固体中含有CaCl2和CaCO3；如果部分变质，该固体中含有CaCl2、Ca（ClO）2和CaCO3。
（2）根据题意，设计实验过程如表所示：
实验步骤
预期现象和结论
①
加入适量1mol/L盐酸溶解后，将产生的气体导入澄清石灰水中
（1）若澄清石灰水未见浑浊，则固体中不含CaCO3，假设1成立；
（2）若澄清石灰水变浑浊，则固体中含有CaCO3，假设2或3成立
②
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡（或另外取样操作）
（1）若品红溶液褪色，则固体中存在Ca（ClO）2，假设3成立；
（2）若品红溶液不褪色，则固体中不存在Ca（ClO）2，假设2成立
答案：
（1）Ca（ClO）2 CaCO3
（2）
实验步骤
预期现象和结论
①
加入适量1mol/L盐酸溶解后，将产生的气体导入澄清石灰水中
（1）若澄清石灰水未见浑浊，则固体中不含CaCO3，假设1成立；
（2）若澄清石灰水变浑浊，则固体中含有CaCO3，假设2或3成立
②
向步骤①反应后的试管中滴入1～2滴品红溶液，振荡（或另外取样操作）
（1）若品红溶液褪色，则固体中存在Ca（ClO）2，假设3成立；
（2）若品红溶液不褪色，则固体中不存在Ca（ClO）2，假设2成立
6.MnO2是中学化学中常见的一种试剂，可作氧化剂和催化剂。
某兴趣小组通过实验对MnO2的性质进行了一系列的研究。
（1）欲探究MnO2的催化效果，需要用30%的H2O2溶液（密度近似为1g/cm3）配制浓度为3%的H2O2溶液（密度近似为1g/cm3）100mL。
简述其配制方法：
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
（2）该小组设计了如下4个方案以验证MnO2的氧化性，可行的是________。
A．把MnO2固体加入到FeSO4溶液中，再加入KSCN溶液，观察溶液是否变血红
B．把MnO2固体加入到FeCl3溶液中，再加入KSCN溶液，观察溶液是否变血红
C．把MnO2固体加入到Na2SO3溶液中，再加入BaCl2溶液，观察是否有白色沉淀生成
D．把MnO2固体加入到稀盐酸中，观察是否有黄绿色气体生成
（3）该小组为研究在不同酸碱性的溶液中MnO2的氧化能力，他们控制KI溶液的浓度和MnO2固体的质量相同，恒定实验温度在298K，设计如下对比实验：
实验
酸或碱
现象
A
1滴0.2mol/LNaOH溶液
不变色
B
1滴水
缓慢变浅棕褐色
C
1滴0.1mol/L硫酸
迅速变棕褐色
从上述对比实验中，可以得出的结论是__________________________________。
写出在酸性条件下，MnO2氧化I－的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（4）利用二氧化锰的氧化性，让其与浓盐酸反应制取氯气，下列仪器可作为该反应的反应容器的是_____________________________________________________（填序号）。
解析：
（1）需30%的H2O2溶液100mL×3%÷30%＝10mL，质量为10g，需水90g，即90mL。
（2）B项MnO2固体不可能将FeCl3氧化，加入KSCN溶液也无实际意义；C项无论Na2SO3是否被氧化，都能生成白色沉淀；D项MnO2不能将稀盐酸氧化。
（3）根据信息，棕褐色应该是I2溶液的颜色，因而MnO2将I－氧化为单质，本身被还原为Mn2＋，据此可写出相应的离子方程式。
（4）C为容量瓶，不能加热；B为烧杯，无法将制得的氯气导入集气瓶。
答案：
（1）用量筒量取10.0mL30%的H2O2溶液放入烧杯中，再加入90mL水，搅拌均匀
（2）A （3）酸性越强，MnO2氧化性越强 MnO2＋2I－＋4H＋===Mn2＋＋I2＋2H2O （4）A、D
1．我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业作出了突出贡献。
他利用NaHCO3、NaCl、NH4Cl等物质溶解度的差异，以食盐、氨气、二氧化碳等为原料先制得NaHCO3，进而生产出纯碱。
下面是在实验室中模拟“侯氏制碱法”制取NaHCO3的实验步骤：
第一步：
连接好装置，检验气密性，在仪器内装入药品。
第二步：
先让一装置发生反应，直到产生的气体不能再在C中溶解时，再通入另一装置中产生的气体，片刻后，C中出现固体。
继续向C中通入两种气体，直到不再有固体产生。
第三步：
过滤C中所得的混合物，得到NaHCO3固体。
第四步：
向滤液中加入适量的NaCl粉末，有NH4Cl晶体析出。
……
请完成下列问题：
（1）装置的连接顺序是：
a接（ ）（ ）接（ ）；b接（ ）。
（2）A中常选用的固体反应物为________；D中应选用的液体为________；B中发生反应的化学方程式为________________________。
（3）第二步骤中必须先让____________（填装置编号）装置先发生反应。
（4）C中用球形干燥管而不用直导管，其作用是___________________________，
C中广口瓶内产生固体的总化学方程式为________________________________。
（5）第四步中分离出NH4Cl晶体的操作是_________________________________；
其所得的NH4Cl晶体中常含有少量的NaCl和NaHCO3（约占5%—8%），请设计一个简单的实验证明所得固体的成分大部分是NH4Cl。
简要写出操作和现象：
____________。
解析：
由题意可知，需制得NH3和CO2两种气体，然后将其分先后通入饱和食盐水中，即可发生反应，生成碳酸氢钠沉淀。
若先通二氧化碳气体，其在饱和食盐水中的溶解度不大，再通氨气后生成的碳酸氢钠的量少。
故应先通氨气，后通二氧化碳。
在用盐酸与大理石制得的二氧化碳气体中，混有氯化氢气体，它会与碳酸氢钠反应，影响碳酸氢钠的产量，所以应除去二氧化碳中混有的氯化氢，也就是应将气体先通入饱和碳酸氢钠溶液中。
由于氨气极易溶于水，为防倒吸，应将导管口刚接触水面，并采用干燥管进一步加以预防。
氯化铵的实验证明常采用加热分解法，看剩余产物的多少，从而说明其含量的多少。
答案：
（1）f e d c
（2）块状石灰石 饱和NaHCO3溶液 CaO＋NH3·H2O===Ca（OH）2＋NH3↑（其他合理答案均可） （3）B
（4）防倒吸CO2＋NH3＋NaCl＋H2O===NaHCO3↓＋NH4Cl
（5）过滤 取少量固体放入试管中，加热，固体大部分消失，在试管口又有较多的固体凝结（其他合理答案均可）
2．某化学探究小组拟用铜片制取Cu（NO3）2，并探究其化学性质。
（一）他们先把铜粉放在空气中灼烧，再与稀HNO3反应制取硝酸铜。
（1）如果直接用铜屑与稀HNO3反应来制取硝酸铜，可能导致的两个不利因素是______________、________________________________________________________________________。
（2）实验中铜粉应该放在________（填“蒸发皿”、“坩埚”或“烧杯”）中灼烧。
欲从反应后的溶液中得到硝酸铜晶体，实验操作步骤按顺序分别是__________、________、过滤。
（二）为了探究Cu（NO3）2的热稳定性，探究小组按如图装置进行实验（图中铁架台、铁夹和加热设备均略去）。
往左试管中放入研细的无水Cu（NO3）2晶体并加热，观察到左试管中有红棕色气体生成，最终残留黑色粉末；用U形管除去红棕色气体，在右试管中收集到无色气体。
（1）红棕色气体是________。
（2）当导管口不再有气泡冒出时，停止反应，这时在操作上应注意________________。
（3）探究小组判断Cu（NO3）2的分解属于氧化还原反应，产物除了红棕色气体和黑色固体外，进一步分析、推断，分解产物中一定还含有________。
（三）为了探究Cu（NO3）2在酸性条件下跟铁单质的反应。
他们取一支试管，加入Cu（NO3）2溶液，滴入适量稀硫酸酸化，再加入一定量铁粉，实验后没有固体残留物质。
（1）反应中最先起氧化作用的是________。
（2）该探究小组对反应后溶液中铁元素的价态进行探究，他们设计了实验方案，并进行实验。
请按如表格式补充写出实验操作步骤、预期现象与结论。
实验操作步骤
预期现象与结论
步骤1：
观察样品
溶液呈蓝绿色，________（填“能”或“不能”）确定产物中铁元素的价态
步骤2：
取少量溶液，滴加酸性KMnO4溶液
步骤3：
________
若溶液变为红色，说明产物中含＋3价的铁元素；若溶液颜色无明显变化，则说明产物中不含＋3价的铁元素
解析：
（一）
（1）由反应3Cu＋8HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋2NO↑＋4H2O与3CuO＋6HNO3（稀）===3Cu（NO3）2＋6H2O相比，生成等物质的量的Cu（NO3）2前者消耗HNO3多，而且生成的NO污染空气。
（2）固体的灼烧应放在坩埚中进行；从溶液中得到硝酸铜晶体应先蒸发浓缩再冷却结晶，最后过滤。
（二）
（1）Cu（NO3）2晶体加热产生的红棕色气体为NO2。
（2）当导管口不再有气泡冒出时，为了防止倒吸应先把导气管移出水面，然后再熄灭酒精灯。
（3）Cu（NO3）2分解生成NO2、CuO，根据电子得失守恒和质量守恒知，分解产物中还应该有O2。
（三）
（1）Cu（NO3）2溶液中加入稀硫酸，溶液中有H＋、NO
，相当于有HNO3，能氧化铁粉。
（2）步骤1：
Fe2＋在溶液中为浅绿色，Fe3＋在溶液中为棕黄色，而该溶液呈蓝绿色，因此不能
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