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简答题

某混合物A中含有Al2(SO43、Al2O3和Fe2O3,在一定条件下可以实现下列所示的物质之间的转变,回答下列问题.

(1)固体B所含有的物质的化学式为______

(2)固体E所含有的物质的化学式为______

(3)写出反应反应①的离子方程式______

(4)写出反应②的离子方程式______

(5)写出反应③的化学方程式______

正确答案

解:Al2(SO43溶于水,Al2O3和Fe2O3均不溶于水,混合物A加水溶解后,溶液中是Al2(SO43,沉淀是Al2O3和Fe2O3

向沉淀中加NaOH溶液,Fe2O3不反应,Al2O3可与NaOH溶液反应生成NaAlO2,向NaAlO2溶液中通入CO2可得Al(OH)3沉淀,Al(OH)3受热分解生成固体B为Al2O3

向溶液中加过量氨水,溶液与过量氨水反应,Al3+被沉淀,得到氢氧化铝沉淀,溶液中溶质为过量氨水和(NH42SO4,经过蒸发、结晶,得到的固体E为(NH42SO4

(1)由上述分析可知,B为氢氧化铝分解生成的Al2O3

故答案为:Al2O3; 

(2)根据分析可知,E中含(NH42SO4

故答案为:(NH42SO4

(3)反应①为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O,

故答案为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;

(4)反应②为偏铝酸钠溶液与二氧化碳反应生成碳酸氢钠和氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为:AlO2-+CO2+2H2O═Al(OH)3↓+HCO3-

故答案为:AlO2-+CO2+2H2O═Al(OH)3↓+HCO3-

(5)反应③为氢氧化铝分解生成氧化铝和水,反应的化学方程式为:2Al(OH)3Al2O3+3H2O,

故答案为:2Al(OH)3Al2O3+3H2O.

解析

解:Al2(SO43溶于水,Al2O3和Fe2O3均不溶于水,混合物A加水溶解后,溶液中是Al2(SO43,沉淀是Al2O3和Fe2O3

向沉淀中加NaOH溶液,Fe2O3不反应,Al2O3可与NaOH溶液反应生成NaAlO2,向NaAlO2溶液中通入CO2可得Al(OH)3沉淀,Al(OH)3受热分解生成固体B为Al2O3

向溶液中加过量氨水,溶液与过量氨水反应,Al3+被沉淀,得到氢氧化铝沉淀,溶液中溶质为过量氨水和(NH42SO4,经过蒸发、结晶,得到的固体E为(NH42SO4

(1)由上述分析可知,B为氢氧化铝分解生成的Al2O3

故答案为:Al2O3; 

(2)根据分析可知,E中含(NH42SO4

故答案为:(NH42SO4

(3)反应①为氧化铝与氢氧化钠溶液反应生成偏铝酸钠和水,反应的离子方程式为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O,

故答案为:Al2O3+2OH-═2AlO2-+H2O;

(4)反应②为偏铝酸钠溶液与二氧化碳反应生成碳酸氢钠和氢氧化铝沉淀,反应的离子方程式为:AlO2-+CO2+2H2O═Al(OH)3↓+HCO3-

故答案为:AlO2-+CO2+2H2O═Al(OH)3↓+HCO3-

(5)反应③为氢氧化铝分解生成氧化铝和水,反应的化学方程式为:2Al(OH)3Al2O3+3H2O,

故答案为:2Al(OH)3Al2O3+3H2O.

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活性氧化锌用作橡胶硫化的活性剂、补强剂.以氧化锌粗品(含铁的氧化物、CuO和SiO2等杂质)为原料制备活性氧化锌并生产其它副产品的生产工艺流程如下:

已知:Zn(OH)2可溶于NaOH溶液.

(1)操作A所用的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒和______

(2)“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒,目的是______

(3)加入过量铁可回收的金属是______

(4)操作C所得的滤渣P中Fe(OH)2和Fe(OH)3的物质的量之比为5:1,该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe3O4,写出该反应的化学方程式______

(5)“沉淀”的成分为ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O,“煅烧”在450~500℃下进行,煅烧获得ZnO的反应的化学方程式为______

(6)取20.00mL滤液N,用O.02mol.L-l的KMnO4溶液进行滴定,消耗KMnO4溶液18.00mL,则滤液N中Fe2+的浓度为______mol•L-l

正确答案

解:根据图示可知,制备流程为:氧化锌粗品(含铁的氧化物、CuO和SiO2等杂质)中加入稀硫酸,氧化锌、铁的氧化物、氧化铜与稀硫酸反应,二氧化硅不反应,通过过滤操作分离出二氧化硅,滤液中含有铁离子、亚铁离子、锌离子、铜离子;向滤液M加入过量铁粉,铜离子被置换成铜单质,通过过滤得到的滤液N中含有亚铁离子、锌离子;向滤液N中加入过量氢氧化钠,反应生成氢氧化铁、氢氧化亚铁沉淀,滤液Q中含有AlO2-;酸化滤液Q后加入适量碳酸钠溶液得到沉淀ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O,经过煅烧得到ZnO,

(1)根据分析可知,操作A为过滤操作,过滤所用的玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒和漏斗,还缺少漏斗,故答案为:漏斗;

(2)为了加快反应速率,增大固液接触面积,在“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒,故答案为:增大固液接触面积,加快溶解时的反应速率;

(3)加入过量铁粉后,铁与铜离子发生置换反应生成亚铁离子和铜单质,从而回收了铜,故答案为:Cu;

(4)滤渣P中Fe(OH)2和Fe(OH)3的物质的量之比为5:1,该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe3O4,根据质量守恒,反应产物中还会生成水,反应的化学方程式为:20Fe(OH)2+4Fe(OH)3+3O2=8Fe3O4+26H2O,

故答案为:20Fe(OH)2+4Fe(OH)3+3O2=8Fe3O4+26H2O;

(5)在450~500℃下煅烧ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O获得ZnO,还会生成二氧化碳气体和水,反应的化学方程式为:ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O3ZnO+CO2↑+3H2O↑,

故答案为:ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O3ZnO+CO2↑+3H2O↑;

(6)取20.00mL滤液N,用O.02mol.L-l的KMnO4溶液进行滴定,消耗KMnO4溶液18.00mL,高锰酸钾的物质的量为:0.02mol/L×0.018L=0.00036mol,

高锰酸根离子变成锰离子,化合价降低5价,亚铁离子变成铁离子化合价变化为1,则二者反应的关系式为:KMnO4~5Fe2+

反应消耗的亚铁离子的物质的量为:0.00036mol×5=0.0018mol,

则滤液N中Fe2+的浓度为:c(Fe2+)==0.09mol/L,

故答案为:0.09.

解析

解:根据图示可知,制备流程为:氧化锌粗品(含铁的氧化物、CuO和SiO2等杂质)中加入稀硫酸,氧化锌、铁的氧化物、氧化铜与稀硫酸反应,二氧化硅不反应,通过过滤操作分离出二氧化硅,滤液中含有铁离子、亚铁离子、锌离子、铜离子;向滤液M加入过量铁粉,铜离子被置换成铜单质,通过过滤得到的滤液N中含有亚铁离子、锌离子;向滤液N中加入过量氢氧化钠,反应生成氢氧化铁、氢氧化亚铁沉淀,滤液Q中含有AlO2-;酸化滤液Q后加入适量碳酸钠溶液得到沉淀ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O,经过煅烧得到ZnO,

(1)根据分析可知,操作A为过滤操作,过滤所用的玻璃仪器有:烧杯、玻璃棒和漏斗,还缺少漏斗,故答案为:漏斗;

(2)为了加快反应速率,增大固液接触面积,在“溶解”前将氧化锌粗品粉碎成细颗粒,故答案为:增大固液接触面积,加快溶解时的反应速率;

(3)加入过量铁粉后,铁与铜离子发生置换反应生成亚铁离子和铜单质,从而回收了铜,故答案为:Cu;

(4)滤渣P中Fe(OH)2和Fe(OH)3的物质的量之比为5:1,该滤渣在空气中灼烧可获得高性能的磁粉Fe3O4,根据质量守恒,反应产物中还会生成水,反应的化学方程式为:20Fe(OH)2+4Fe(OH)3+3O2=8Fe3O4+26H2O,

故答案为:20Fe(OH)2+4Fe(OH)3+3O2=8Fe3O4+26H2O;

(5)在450~500℃下煅烧ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O获得ZnO,还会生成二氧化碳气体和水,反应的化学方程式为:ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O3ZnO+CO2↑+3H2O↑,

故答案为:ZnCO3•2Zn(OH)2•H2O3ZnO+CO2↑+3H2O↑;

(6)取20.00mL滤液N,用O.02mol.L-l的KMnO4溶液进行滴定,消耗KMnO4溶液18.00mL,高锰酸钾的物质的量为:0.02mol/L×0.018L=0.00036mol,

高锰酸根离子变成锰离子,化合价降低5价,亚铁离子变成铁离子化合价变化为1,则二者反应的关系式为:KMnO4~5Fe2+

反应消耗的亚铁离子的物质的量为:0.00036mol×5=0.0018mol,

则滤液N中Fe2+的浓度为:c(Fe2+)==0.09mol/L,

故答案为:0.09.

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简答题

自然界钨主要以钨(+6)酸盐的形式存在,黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐(FeWO4、MnWO4).黑钨矿传统冶炼工艺流程图如下:

(1)写出上述第一步转化中生成MnO2的化学反应方程式______;整个转化过程中黑钨矿被氧化的元素是______

(2)检验沉淀C是否洗涤干净的操作是______

(3)已知上述转化中W的化合价未发生变化,将产品D用碳或氢气还原均可得到钨,根据实际生产需要,请你选择合适的还原剂,说明理由:______

(4)产品D有一种蓝色非整比的存在形态,其化学式为WO3-x,该化合物中存在五价和六价两种价态的钨.若x=0.1,则化合物中五价和六价的钨原子数之比为______

正确答案

解:(1)黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,根据流程图的提示知,黑钨矿在空气中熔融生成WO42-、MnO2,、Fe2O3等,其中转化中生成MnO2的化学反应方程式为2MnWO4+O2+4NaOH=2MnO2+2Na2WO4+2H2O,整个转化过程中黑钨矿被氧化的元素是化合价升高的元素,锰从+2价变为+4价,铁从+2价变为+3价,所以被氧化的元素是Mn、Fe,

故答案为:2MnWO4+O2+4NaOH=2MnO2+2Na2WO4+2H2O;Mn、Fe;

(2)沉淀C是H2WO4,是Na2WO4和盐酸反应生成,所以沉淀C表明含有氯离子,检验沉淀C是否洗涤干净只需检验氯离子,具体操作是取最后一次的洗涤液,滴加AgNO3溶液,若无白色沉淀产生则已洗涤干净,反之则未洗净,

故答案为:取最后一次的洗涤液,滴加AgNO3溶液,若无白色沉淀产生则已洗涤干净,反之则未洗净;

(3)因为钨的熔点很高,不容易转变为液态,如果用碳做还原剂,混杂在金属中的碳不易除去,而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨,不容易获得纯的金属钨,若选择H2,则是对所得产品的纯度要求就很高,但冶炼成本高,

故答案为:若选择碳,降低冶炼成本;若选择H2,则是对所得产品的纯度要求就很高,但冶炼成本高;(4)若x=0.1这种氧化钨为WO2.9,WO2.9中存在五价和六价两种价态的钨,设钨的平均价态为x,则x+(-2)×2.9=0,解得x=+5.8,化合物中正负化合价代数和为零,设每个WO2.9中五价的原子个数为m,六价的原子个数为n,则有5m+6n=5.8和m+n=1解之得m=0.2,n=0.8,可知这两种价态的钨原子数之比为1:4,

故答案为:1:4;

解析

解:(1)黑钨矿的主要成分是铁和锰的钨酸盐,根据流程图的提示知,黑钨矿在空气中熔融生成WO42-、MnO2,、Fe2O3等,其中转化中生成MnO2的化学反应方程式为2MnWO4+O2+4NaOH=2MnO2+2Na2WO4+2H2O,整个转化过程中黑钨矿被氧化的元素是化合价升高的元素,锰从+2价变为+4价,铁从+2价变为+3价,所以被氧化的元素是Mn、Fe,

故答案为:2MnWO4+O2+4NaOH=2MnO2+2Na2WO4+2H2O;Mn、Fe;

(2)沉淀C是H2WO4,是Na2WO4和盐酸反应生成,所以沉淀C表明含有氯离子,检验沉淀C是否洗涤干净只需检验氯离子,具体操作是取最后一次的洗涤液,滴加AgNO3溶液,若无白色沉淀产生则已洗涤干净,反之则未洗净,

故答案为:取最后一次的洗涤液,滴加AgNO3溶液,若无白色沉淀产生则已洗涤干净,反之则未洗净;

(3)因为钨的熔点很高,不容易转变为液态,如果用碳做还原剂,混杂在金属中的碳不易除去,而且碳会在高温下和金属钨反应形成碳化钨,不容易获得纯的金属钨,若选择H2,则是对所得产品的纯度要求就很高,但冶炼成本高,

故答案为:若选择碳,降低冶炼成本;若选择H2,则是对所得产品的纯度要求就很高,但冶炼成本高;(4)若x=0.1这种氧化钨为WO2.9,WO2.9中存在五价和六价两种价态的钨,设钨的平均价态为x,则x+(-2)×2.9=0,解得x=+5.8,化合物中正负化合价代数和为零,设每个WO2.9中五价的原子个数为m,六价的原子个数为n,则有5m+6n=5.8和m+n=1解之得m=0.2,n=0.8,可知这两种价态的钨原子数之比为1:4,

故答案为:1:4;

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简答题

某兴趣小组用合金铝、铁、铜的废弃合金为原料制取硝酸铜晶体和氢氧化铝,并测定硝酸铜晶体的结晶水含量和氢氧化铝的纯度,设计的主要流程如图:

已知:Fe2+沉淀的pH范围为7.0~9.0;Fe3+沉淀的pH范围为1.9~3.2;Cu2+沉淀的pH范围为4.7~6.7

(1)写出合金中加入NaOH溶液后所发生的离子反应方程式______.试剂X的名称为______

(2)加入Z的作用是调节溶液的pH,pH范围应为______;下列可作为试剂Z的是______

a.铜粉      b.氨水     c.氧化铜       d.硫酸铜

(3)实验操作①依次是____________、过滤洗涤即可得硝酸铜晶体.

(4)测定硝酸铜晶体的结晶水含量,下列方案中肯定不可行的是______.(选填编号)

a.称量样品→加热→冷却→称量CuO

b.称量样品→加热→冷却→称量Cu(NO32

c.称量样品→加热→用已知质量的无水氯化钙吸收水蒸气并称量

d.称量样品→加过量已知量的NaOH溶液→选用酚酞指示剂用标准盐酸滴定

(5)根据流程图内数据计算:滤渣C中氢氧化铝的质量分数为______.(用m、n的代数式表示)

(6)按该流程的操作步骤,氢氧化铝质量分数的测定结果偏高的可能性是最大的,原因有______

正确答案

解:(1)合金中只有铝与加入NaOH溶液反应,所以离子方程式为:2Al+2OH¯+2H2O═2 AlO2¯+3H2↑,由分析可知X是硝酸,故答案为:2Al+2OH¯+2H2O═2 AlO2¯+3H2↑,硝酸;

(2)铁离子完全沉淀,而铜离子不能沉淀,所以PH控制在3.2≤pH<4.7,除杂不能引入新的杂质,加入铜粉将铁离子还原成亚铁离子,而氨水引入铵根离子,硝酸铜溶液起不到调节PH的作用,所以只能用氧化铜,故答案为:3.2≤pH<4.7;c;

(3)从硝酸铜溶液中得到硝酸铜晶体应采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤洗涤即可得硝酸铜晶体,故答案为:蒸发浓缩、降温结晶;

(4)Cu(NO32受热易分解,其分解反应为:2Cu(NO322CuO+4NO2↑+O2↑.

a.称量样品→加热→冷却→称量CuO,根据硝酸铜分解的方程式以及氧化铜的质量可测定Cu(NO32•nH2O的结晶水含量,故a不选;

b.因硝酸铜易分解,称量样品→加热无法恰好使结晶水合物恰好分解为硝酸铜,故b选;

c.称量样品→加热→用已知质量的无水氯化钙吸收水蒸气并称量,原体系中水蒸气也被吸收,故c选;

d.称量样品→加NaOH将硝酸铜转化为氢氧化铜,→过滤→加热氢氧化铜分解生成氧化铜→冷却→称量CuO,根据铜原子守恒求解无水硝酸铜的质量,据此求解结晶水含量,故d不选;

故选bc;

(5)由2Al(OH)3 Al2O3+3H2O可知水的质量为:(m-n)g,所以氢氧化铝的质量为:,所以质量分数为:=,故答案为:

(6)滤渣C没有洗涤,混有NaHCO3,滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标,故答案为:滤渣C没有洗涤,混有NaHCO3,煅烧后失重偏大;滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标,混有微量水,煅烧后失重偏大.

解析

解:(1)合金中只有铝与加入NaOH溶液反应,所以离子方程式为:2Al+2OH¯+2H2O═2 AlO2¯+3H2↑,由分析可知X是硝酸,故答案为:2Al+2OH¯+2H2O═2 AlO2¯+3H2↑,硝酸;

(2)铁离子完全沉淀,而铜离子不能沉淀,所以PH控制在3.2≤pH<4.7,除杂不能引入新的杂质,加入铜粉将铁离子还原成亚铁离子,而氨水引入铵根离子,硝酸铜溶液起不到调节PH的作用,所以只能用氧化铜,故答案为:3.2≤pH<4.7;c;

(3)从硝酸铜溶液中得到硝酸铜晶体应采用蒸发浓缩、降温结晶、过滤洗涤即可得硝酸铜晶体,故答案为:蒸发浓缩、降温结晶;

(4)Cu(NO32受热易分解,其分解反应为:2Cu(NO322CuO+4NO2↑+O2↑.

a.称量样品→加热→冷却→称量CuO,根据硝酸铜分解的方程式以及氧化铜的质量可测定Cu(NO32•nH2O的结晶水含量,故a不选;

b.因硝酸铜易分解,称量样品→加热无法恰好使结晶水合物恰好分解为硝酸铜,故b选;

c.称量样品→加热→用已知质量的无水氯化钙吸收水蒸气并称量,原体系中水蒸气也被吸收,故c选;

d.称量样品→加NaOH将硝酸铜转化为氢氧化铜,→过滤→加热氢氧化铜分解生成氧化铜→冷却→称量CuO,根据铜原子守恒求解无水硝酸铜的质量,据此求解结晶水含量,故d不选;

故选bc;

(5)由2Al(OH)3 Al2O3+3H2O可知水的质量为:(m-n)g,所以氢氧化铝的质量为:,所以质量分数为:=,故答案为:

(6)滤渣C没有洗涤,混有NaHCO3,滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标,故答案为:滤渣C没有洗涤,混有NaHCO3,煅烧后失重偏大;滤渣C洗涤后未烘干或烘干不达标,混有微量水,煅烧后失重偏大.

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目前国内外使用的融雪剂一般有两大类:一类是以醋酸钾为主要成分的有机融雪剂;另一类是以“氯盐”为主要成分的无机融雪剂,如氯化钠、氯化钙、氯化镁等,通称“化冰盐”.某研究性学习小组拟对融雪氯盐(主要含有氯化钠及不溶性杂质、Mg2+、Ca2+等)进行回收提纯研究.

该小组设计流程如图:

(1)加入混合液A的主要成分是______(填化学式).

(2)为检验溶液B中的Mg2+、Ca2+,通常分别取少量溶液B于两支试管中,进行如下实验:

步骤一:检验Mg2+,向其中一支试管中加入______溶液(填化学式),看是否有沉淀生成.

步骤二:检验Ca2+,向另一支试管中加入某溶液,看是否有沉淀生成.下列三种溶液,其沉淀效果最好的是______

A.0.1mol•L-1 Na2CO3溶液   B.0.1mol•L-1 Na2SO3溶液 C.0.1mol•L-1 Na2C2O4溶液

(3)在除杂过程中,常温下向粗盐悬浊液中加混合液A时需控制溶液pH=12以确保Mg2+除尽,根据提供的数据计算,溶液B中Mg2+物质的量浓度将被控制在______以下.

(4)对溶液B加热并不断滴加6mol•L-1的盐酸,同时用pH试纸检测溶液,直至pH=2时停止加盐酸,得到溶液C.该操作的目的是______

(5)溶液C倒入蒸发皿中,加热蒸发并用玻璃棒不断搅拌,直到有大量固体析出时停止加热.

正确答案

解:无机融雪剂氯化钠、氯化钙、氯化镁中的镁离子可以用氢氧化钠进行检验,氯化钙可以用碳酸钠来检验,加入相应的试剂后,可以得到氯化钠的溶液;

(1)氯化镁中的镁离子可以用氢氧化钠进行检验,氯化钙可以用碳酸钠来检验,所以加入混合液A的主要成分是NaOH、Na2CO3,故答案为:NaOH、Na2CO3

(2)镁离子与强碱反应生成沉淀,可以用氢氧化钠检验镁离子,根据沉淀的溶度积数值的大小,数值越小,说明将钙离子沉淀需要的溶液的浓度越小,故效果最好的是碳酸钠溶液,故答案为:NaOH;A; 

(3)加热能加快沉淀生成,根据氢氧化镁的Ksp=[Mg2+][OH-]2,所以[Mg2+]===1.8×10-7( mol•L-1),

故答案为:1.8×10-7mol•L-1

(4)加热并不断滴加6mol•L-1的盐酸溶液,可以将溶液中多余的氢氧化钠和碳酸钠除去,故答案为:除去NaOH和Na2CO3

解析

解:无机融雪剂氯化钠、氯化钙、氯化镁中的镁离子可以用氢氧化钠进行检验,氯化钙可以用碳酸钠来检验,加入相应的试剂后,可以得到氯化钠的溶液;

(1)氯化镁中的镁离子可以用氢氧化钠进行检验,氯化钙可以用碳酸钠来检验,所以加入混合液A的主要成分是NaOH、Na2CO3,故答案为:NaOH、Na2CO3

(2)镁离子与强碱反应生成沉淀,可以用氢氧化钠检验镁离子,根据沉淀的溶度积数值的大小,数值越小,说明将钙离子沉淀需要的溶液的浓度越小,故效果最好的是碳酸钠溶液,故答案为:NaOH;A; 

(3)加热能加快沉淀生成,根据氢氧化镁的Ksp=[Mg2+][OH-]2,所以[Mg2+]===1.8×10-7( mol•L-1),

故答案为:1.8×10-7mol•L-1

(4)加热并不断滴加6mol•L-1的盐酸溶液,可以将溶液中多余的氢氧化钠和碳酸钠除去,故答案为:除去NaOH和Na2CO3

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