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简答题

Ba(OH)2是重要的化工原料,工业上采用重晶石(主要成分为硫酸钡)和软锰矿(主要成分为二氧化锰,含有二氧化硅杂质)制备,同时得到碳酸锰等副产品.其工业流程如下:

已知:MnO2为两性氧化物,MnO为碱性氧化物.

(1)高温还原过程中,硫酸钡被碳还原为BaS,然后水浸得到.投料时煤炭的量相对要多其作用除了使硫酸钡充分反应外,还有______

(2)氧化时反应还生成MnO和一种固体产物,则该反应的化学方程式为______,氧化时控制MnO2与BaS的投料比在2~3之间,若投料比大于4,则Ba(OH)2的转化率明显降低,原因可能是______

(3)酸化的离子反应方程式为______,滤渣的主要成分为______

(4)中和时通入氨气调节溶液的pH值,若pH值偏高,会造成碳酸锰不纯,原因是______

正确答案

解:(1)BaSO4和C反应生成BaS和CO:BaSO4+4CBaS+4CO↑,反应条件为高温,投料时煤炭的量相对要多其作用除了使硫酸钡充分反应外,还有和空气中的O2反应,为高温还原过程提供热量,

故答案为:和空气中的O2反应,为高温还原过程提供热量;

(2)二氧化锰氧化硫化钡,生成MnO,锰从+4价(MnO2)降为+2价(MnO),根据氧化还原反应规律,必有化合价升高的元素,钡+2价为最高价,则硫元素从-2价升为0价,一种固体产物为S,反应为:MnO2+BaS+2H2O=MnO+Ba(OH)2+S,氧化时控制MnO2与BaS的投料比在2~3之间,若投料比大于4,过量的二氧化锰将会和氢氧化钡反应,也会继续氧S,生成BaSO4(BaSO3 ),

故答案为:MnO2+BaS+2H2O=MnO+Ba(OH)2+S;MnO2将会和Ba(OH)2反应,继续氧S,生成BaSO4(BaSO3 );

(3)利用软锰矿进行氧化硫化钡:MnO2+BaS+2H2O=MnO+Ba(OH)2+S,过滤,滤渣为MnO、S,用硫酸进行酸化,MnO+2H+=Mn2++H2O,硫不反应,所以再过滤滤渣的主要成分为S,

故答案为:MnO+2H+=Mn2++H2O;S;

(4)碱性条件下+2价的锰离子易与氢氧根离子形成沉淀,所以中和时通入氨气调节溶液的pH值,pH值不宜高,否则产生Mn(OH)2沉淀影响产品纯度,

故答案为:产生Mn(OH)2沉淀.

解析

解:(1)BaSO4和C反应生成BaS和CO:BaSO4+4CBaS+4CO↑,反应条件为高温,投料时煤炭的量相对要多其作用除了使硫酸钡充分反应外,还有和空气中的O2反应,为高温还原过程提供热量,

故答案为:和空气中的O2反应,为高温还原过程提供热量;

(2)二氧化锰氧化硫化钡,生成MnO,锰从+4价(MnO2)降为+2价(MnO),根据氧化还原反应规律,必有化合价升高的元素,钡+2价为最高价,则硫元素从-2价升为0价,一种固体产物为S,反应为:MnO2+BaS+2H2O=MnO+Ba(OH)2+S,氧化时控制MnO2与BaS的投料比在2~3之间,若投料比大于4,过量的二氧化锰将会和氢氧化钡反应,也会继续氧S,生成BaSO4(BaSO3 ),

故答案为:MnO2+BaS+2H2O=MnO+Ba(OH)2+S;MnO2将会和Ba(OH)2反应,继续氧S,生成BaSO4(BaSO3 );

(3)利用软锰矿进行氧化硫化钡:MnO2+BaS+2H2O=MnO+Ba(OH)2+S,过滤,滤渣为MnO、S,用硫酸进行酸化,MnO+2H+=Mn2++H2O,硫不反应,所以再过滤滤渣的主要成分为S,

故答案为:MnO+2H+=Mn2++H2O;S;

(4)碱性条件下+2价的锰离子易与氢氧根离子形成沉淀,所以中和时通入氨气调节溶液的pH值,pH值不宜高,否则产生Mn(OH)2沉淀影响产品纯度,

故答案为:产生Mn(OH)2沉淀.

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绿矾晶体(FeSO4•7H2O,M=278g/mol)是治疗缺铁性贫血药品的重要成分.实验室利用硫酸厂的烧渣(主要成分为Fe2O3及少量FeS、SiO2),制备绿矾的过程如图1.

(上述过程所加试剂均过量)

试回答:

(1)操作I为______(填写操作名称).

(2)试剂Y与溶液X反应的离子方程式为______

(3)操作Ⅲ的顺序依次为:______、冷却结晶、过滤、______、干燥.

(4)某同学用酸性KMnO4溶液测定绿矾产品中Fe2+含量:

a.称取11.5g绿矾产品,溶解,配制成1000mL溶液;

b.量取25.00mL待测溶液于锥形瓶中;

c.用硫酸酸化的0.01000mol/L KMnO4溶液滴定至终点,消耗KMnO4溶液体积的平均值为20.00mL.

①步骤a配制溶液时需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管外,还需______

②该同学设计的滴定方式(图2),最合理的是______(夹持部分略去)(填字母序号)

③滴定时发生反应的离子方程式为:______

④判断此滴定实验达到终点的方法是______;若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视KMnO4溶液液面,其它操作均正确,则使测定结果______(填“偏高”“偏低”“无影响”).

⑤计算上述样品中FeSO4•7H2O的质量分数为______

正确答案

解:(1)操作I后得到的是滤渣和溶液,为固液分离操作,故为过滤,故答案为:过滤;

(2)烧渣在稀硫酸和氧气作用下得到溶液X,故溶液X的主要成分为稀硫酸和硫酸铁,要制取绿矾,故应加入铁粉,故试剂y为铁粉,铁和稀硫酸、硫酸铁发生的反应为:Fe+2Fe3+=3Fe2+,Fe+2H+=Fe2++H2↑;

故答案为:Fe+2Fe3+=3Fe2+,Fe+2H+=Fe2++H2↑;

(3)溶液中得到晶体,需要对溶液进行加热蒸发浓缩,结晶析出,过滤洗涤干燥等,故操作Ⅲ的顺序依次为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,

故答案为:蒸发浓缩;洗涤;

(4)①根据配制100mL一定物质的量浓度的溶液的步骤及仪器分析,所需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管外,还需1000mL容量瓶;

故答案为:1000mL容量瓶;

②高锰酸钾溶液具有强氧化性能氧化橡胶管,不能用碱式滴定管,应选用酸式滴定管,故答案为:b;

③KMnO4酸性溶液与Fe2+反应时被还原为Mn2+,Fe2+被氧化为Fe3+;离子方程式为:MnO4-+5Fe2++8H+═Mn2++5Fe3++4H2O,

故答案为:MnO4-+5Fe2++8H+═Mn2++5Fe3++4H2O;

④当亚铁离子与高锰酸钾离子完全反应后,再滴入一滴高锰酸钾溶液,溶液会呈淡紫色,据此判断滴定终点;

若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视KMnO4溶液液面,其他操作均正确,读数偏小,测定结果偏低;

故答案为:滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成紫色且半分钟内不再褪色;偏低;

⑤25mL待测液消耗的高锰酸钾的物质的量为:0.01mol/L×0.02L=0.0002mol,

11.5g产品配成1000mL溶液消耗高锰酸钾的物质的量为0.0002mol×=0.008mol,

根据反应:5Fe2++1MnO4-+8H+═5Fe3++Mn2++4H2O,硫酸亚铁的物质的量为:0.008mol×5=0.04mol,

所以样品中含有的FeSO4•7H2O的质量为:278g/mol×0.04mol=11.12g,

FeSO4•7H2O的质量分数为:×100%≈96.7%,

故答案为:96.7%.

解析

解:(1)操作I后得到的是滤渣和溶液,为固液分离操作,故为过滤,故答案为:过滤;

(2)烧渣在稀硫酸和氧气作用下得到溶液X,故溶液X的主要成分为稀硫酸和硫酸铁,要制取绿矾,故应加入铁粉,故试剂y为铁粉,铁和稀硫酸、硫酸铁发生的反应为:Fe+2Fe3+=3Fe2+,Fe+2H+=Fe2++H2↑;

故答案为:Fe+2Fe3+=3Fe2+,Fe+2H+=Fe2++H2↑;

(3)溶液中得到晶体,需要对溶液进行加热蒸发浓缩,结晶析出,过滤洗涤干燥等,故操作Ⅲ的顺序依次为:蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥,

故答案为:蒸发浓缩;洗涤;

(4)①根据配制100mL一定物质的量浓度的溶液的步骤及仪器分析,所需要的玻璃仪器除玻璃棒、量筒、烧杯、胶头滴管外,还需1000mL容量瓶;

故答案为:1000mL容量瓶;

②高锰酸钾溶液具有强氧化性能氧化橡胶管,不能用碱式滴定管,应选用酸式滴定管,故答案为:b;

③KMnO4酸性溶液与Fe2+反应时被还原为Mn2+,Fe2+被氧化为Fe3+;离子方程式为:MnO4-+5Fe2++8H+═Mn2++5Fe3++4H2O,

故答案为:MnO4-+5Fe2++8H+═Mn2++5Fe3++4H2O;

④当亚铁离子与高锰酸钾离子完全反应后,再滴入一滴高锰酸钾溶液,溶液会呈淡紫色,据此判断滴定终点;

若在滴定终点读取滴定管刻度时,俯视KMnO4溶液液面,其他操作均正确,读数偏小,测定结果偏低;

故答案为:滴加最后一滴KMnO4溶液时,溶液变成紫色且半分钟内不再褪色;偏低;

⑤25mL待测液消耗的高锰酸钾的物质的量为:0.01mol/L×0.02L=0.0002mol,

11.5g产品配成1000mL溶液消耗高锰酸钾的物质的量为0.0002mol×=0.008mol,

根据反应:5Fe2++1MnO4-+8H+═5Fe3++Mn2++4H2O,硫酸亚铁的物质的量为:0.008mol×5=0.04mol,

所以样品中含有的FeSO4•7H2O的质量为:278g/mol×0.04mol=11.12g,

FeSO4•7H2O的质量分数为:×100%≈96.7%,

故答案为:96.7%.

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氯化硫(S2Cl2)是一种黄红色液体,有刺激性、窒息性恶臭,熔点为-80℃,沸点137.1℃.在空气中强烈发烟,易与水发生水解反应.人们使用它作橡胶硫化剂,使橡胶硫化,改变生橡胶热发粘冷变硬的不良性能.在熔融的硫中通入氯气即可生成S2Cl2.下图是实验室用S和Cl2制备S2Cl2的装置(夹持装置、加热装置均已略去).

(1)仪器名称:d______,e______

(2)已知S2Cl2分子中各原子最外层均满足8电子稳定结构,则S2Cl2的电子式______

(3)装置a中应放试剂为______,装置C为何水平放置?______

(4)f装置中应放置的试剂为______,其作用为______

(5)已知S2Cl2水解时,只有一种元素的化合价发生了变化,且被氧化和被还原的该元素的物质的量之比为1:3,请写出该反应的化学方程式______

正确答案

解:(1)d为冷凝管,e为蒸馏烧瓶,故答案为:直形冷凝管(或冷凝管);蒸馏烧瓶;

(2)S2Cl2分子结构与H2O2相似,S2Cl2分子中氯原子与硫原子之间形成1对共用电子对,硫原子与硫原子之间形成1对共用电子对,S2Cl2电子式为,故答案为:

(3)由信息可知S2Cl2遇水水解,进入b中的气体应该干燥.用浓硫酸干燥,a中应放试剂为浓硫酸,其作用为干燥氯气;

硫的熔点较低,加热容易融化,装置c水平放置防止熔融的硫堵塞导管,故答案为:浓H2SO4;防止熔融的硫堵塞导管;

(4)F装置盛放碱石灰,吸收Cl2尾气,防止污染环境,防止空气中的水汽加入e中使S2Cl2水解,故答案为:碱石灰;吸收Cl2尾气,并防止空气中的水汽使S2Cl2水解;

(5)只有硫元素化合价发生变化,且被氧化和被还原的物质的量之比为1:3,化学方程式:2S2Cl2+2H2O=SO2↑+3S↓+4HCl,故答案为:2S2Cl2+2H2O=SO2↑+3S↓+4HCl.

解析

解:(1)d为冷凝管,e为蒸馏烧瓶,故答案为:直形冷凝管(或冷凝管);蒸馏烧瓶;

(2)S2Cl2分子结构与H2O2相似,S2Cl2分子中氯原子与硫原子之间形成1对共用电子对,硫原子与硫原子之间形成1对共用电子对,S2Cl2电子式为,故答案为:

(3)由信息可知S2Cl2遇水水解,进入b中的气体应该干燥.用浓硫酸干燥,a中应放试剂为浓硫酸,其作用为干燥氯气;

硫的熔点较低,加热容易融化,装置c水平放置防止熔融的硫堵塞导管,故答案为:浓H2SO4;防止熔融的硫堵塞导管;

(4)F装置盛放碱石灰,吸收Cl2尾气,防止污染环境,防止空气中的水汽加入e中使S2Cl2水解,故答案为:碱石灰;吸收Cl2尾气,并防止空气中的水汽使S2Cl2水解;

(5)只有硫元素化合价发生变化,且被氧化和被还原的物质的量之比为1:3,化学方程式:2S2Cl2+2H2O=SO2↑+3S↓+4HCl,故答案为:2S2Cl2+2H2O=SO2↑+3S↓+4HCl.

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硫代硫酸钠(Na2S2O3)在工业生产、医药制造业中被广泛应用.现利用反应2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2来制备Na2S2O3,所需仪器如图所示.

(1)按气流方向连接各仪器,接口顺序为:____________,h→________________________→d.

(2)A仪器名称为______

(3)装置甲的作用是______,装置丁的作用是______

(4)装置丙中盛装的试剂是:______

(5)Na2S2O3还原性较强,工业上常用作除去溶液中残留的Cl2,在该反应中Na2S2O3只作还原剂,则离子方程式为:______

(6)请设计简单的实验方案,证明上述残留的Cl2被还原成了Cl-(试剂自选):______

正确答案

解:(1)装置gh是浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体的装置,装置bc是安全瓶,导气管略露出胶塞,起到防止倒吸的作用,二氧化硫是污染性气体实验结束后不能排放到大气中,装置d中的反应结束后,先关闭分液漏斗旋塞,接下来的操作是关闭K1打开K2,接口顺序为:a→g,h→b,c→e,f→d,

故答案为:a;b;c;e;f;

(2)根据仪器的构造,A仪器带有活塞为分液漏斗,在该实验中能控制滴加浓硫酸的速率,

故答案为:分液漏斗;

(3)浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体,装置丙中发生反应2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2,为防止丙装置中的液体倒吸到装置gh中,装置bc导气管略露出胶塞,起到防止倒吸的作用,是安全瓶,二氧化硫是污染性气体,防止二氧化硫进入空气中污染大气,装置丁的作用是除去多余的二氧化硫,

故答案为:用作安全瓶,防止丙中液体倒吸;除去多余的二氧化硫,防止二氧化硫进入空气中污染大气;

(4)装置丙中发生反应2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2,盛装的试剂是Na2CO3和Na2S的混合溶液,

故答案为:Na2CO3和Na2S的混合溶液;

(5)根据氧化还原反应的实质得失电子守恒,S2O32-→2SO42-~8e-,Cl2→2CI-~2e-,所以4molCl2氧化1molS2O32-,得到8molCl-和2molSO42-,根据电荷守恒,生成物中应有10molH+,根据原子守恒反应物中应有5molH2O,离子方程式为:S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+8Cl-+10H+

故答案为:S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+8Cl-+10H+

(6)加入硝酸钡除掉硫酸根,然后检验氯离子.取少量反应后的溶液于试管中,滴入Ba(NO32溶液至不再产生沉淀,再取上层清液(或过滤后取滤液),滴加AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则说明Cl2被还原为了Cl-

故答案为:取少量反应后的溶液于试管中,滴入Ba(NO32溶液至不再产生沉淀,再取上层清液(或过滤后取滤液),滴加AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则说明Cl2被还原为了Cl-

解析

解:(1)装置gh是浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体的装置,装置bc是安全瓶,导气管略露出胶塞,起到防止倒吸的作用,二氧化硫是污染性气体实验结束后不能排放到大气中,装置d中的反应结束后,先关闭分液漏斗旋塞,接下来的操作是关闭K1打开K2,接口顺序为:a→g,h→b,c→e,f→d,

故答案为:a;b;c;e;f;

(2)根据仪器的构造,A仪器带有活塞为分液漏斗,在该实验中能控制滴加浓硫酸的速率,

故答案为:分液漏斗;

(3)浓硫酸和亚硫酸钠反应生成二氧化硫气体,装置丙中发生反应2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2,为防止丙装置中的液体倒吸到装置gh中,装置bc导气管略露出胶塞,起到防止倒吸的作用,是安全瓶,二氧化硫是污染性气体,防止二氧化硫进入空气中污染大气,装置丁的作用是除去多余的二氧化硫,

故答案为:用作安全瓶,防止丙中液体倒吸;除去多余的二氧化硫,防止二氧化硫进入空气中污染大气;

(4)装置丙中发生反应2Na2S+Na2CO3+4SO2=3Na2S2O3+CO2,盛装的试剂是Na2CO3和Na2S的混合溶液,

故答案为:Na2CO3和Na2S的混合溶液;

(5)根据氧化还原反应的实质得失电子守恒,S2O32-→2SO42-~8e-,Cl2→2CI-~2e-,所以4molCl2氧化1molS2O32-,得到8molCl-和2molSO42-,根据电荷守恒,生成物中应有10molH+,根据原子守恒反应物中应有5molH2O,离子方程式为:S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+8Cl-+10H+

故答案为:S2O32-+4Cl2+5H2O=2SO42-+8Cl-+10H+

(6)加入硝酸钡除掉硫酸根,然后检验氯离子.取少量反应后的溶液于试管中,滴入Ba(NO32溶液至不再产生沉淀,再取上层清液(或过滤后取滤液),滴加AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则说明Cl2被还原为了Cl-

故答案为:取少量反应后的溶液于试管中,滴入Ba(NO32溶液至不再产生沉淀,再取上层清液(或过滤后取滤液),滴加AgNO3溶液,若产生白色沉淀,则说明Cl2被还原为了Cl-

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正丁醚常用作有机反应的溶剂.实验室制备正丁醚的反应和主要实验装置如下:

2CH3CH2CH2CH2OH(CH3CH2CH2CH22O+H2O

反应物和产物的相关数据如下

合成反应:

①将6mL浓硫酸和37g正丁醇,按一定顺序添加到A中,并加几粒沸石.

②加热A中反应液,迅速升温至135℃,维持反应一段时间.分离提纯.

③待A中液体冷却后将其缓慢倒人盛有70mL水的分液谝斗中,振摇后静置,分液得粗产物.

④粗产物依次用40mL水、20mL NaOH溶液和40mL水洗涤,分液后加入约3g无水氯化钙颗粒,静置一段时间后弃去氯化钙.

⑤将上述处理过的粗产物进行蒸馏,收集馏分,得纯净正丁醚11g.

请回答:

(1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序为______

(2)加热A前,需先从______(填“a”或“b”)口向B中通入水.

(3)步骤③的目的是初步洗去______,振摇后静置,粗产物应从分液漏斗的______(填“上”或“下”)口分离出.

(4)步骤③巾最后一次水洗的目的为______

(5)步骤⑤中,加热蒸馏时应收集______(填选项字母)左右的馏分.

a.100℃b.117℃c. 135℃d.142℃

(6)反应过程中会观察到分水器中收集到液体物质,且分为上下两层,随着反应的进行,分水器中液体逐渐增多至充满时,上层液体会从左侧支管自动流回A.分水器中上层液体的主要成分为______,下层液体的主要成分为______

(7)本实验中,正丁醚的产率为______

正确答案

(1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释,答案:先加入正丁醇,再加入浓硫酸;

(2)冷凝水的水流方向和气流方向相反,下口进,上口出,答案:b;

(3)在反应混合物中,浓硫酸能溶解于水,正丁醚不溶,正丁醇微溶于水,所以步骤③的目的是初步洗去浓硫酸;分液漏斗中振荡静置后,上层液体中为密度比水小的正丁醚和正丁醇,从分液漏斗的上口倒出,答案:浓硫酸;上;

(4)步骤③巾最后一次水洗的目的为洗去有机层残留的NaOH及中和反应生成的盐,答案:洗去有机层中残留的NaOH及中和反应生成的盐;

(5)步骤⑤中,加热蒸馏的目的是收集正丁醇,而正丁醇的沸点为142℃,故应收集142℃左右的馏分,答案:d;

(6)分水器中收集到液体物质,因正丁醇密度比水小且微溶于水,会分为上下两层,上层为正丁醇,下层主要成分为水,答案:正丁醇;水;

(7)实验前提供的37g正丁醇的物质的量为=0.5mol,根据方程式中正丁醇与正丁醚的相互关系可知正丁醚的理论产物物质的量为=0.25mol,对应正丁醚的质量为0.25mol×130g•mol-1=32.5g,正丁醚的产率为%%=34%,答案:34%.

解析

(1)步骤①中浓硫酸和正丁醇的添加顺序类似浓硫酸的稀释,答案:先加入正丁醇,再加入浓硫酸;

(2)冷凝水的水流方向和气流方向相反,下口进,上口出,答案:b;

(3)在反应混合物中,浓硫酸能溶解于水,正丁醚不溶,正丁醇微溶于水,所以步骤③的目的是初步洗去浓硫酸;分液漏斗中振荡静置后,上层液体中为密度比水小的正丁醚和正丁醇,从分液漏斗的上口倒出,答案:浓硫酸;上;

(4)步骤③巾最后一次水洗的目的为洗去有机层残留的NaOH及中和反应生成的盐,答案:洗去有机层中残留的NaOH及中和反应生成的盐;

(5)步骤⑤中,加热蒸馏的目的是收集正丁醇,而正丁醇的沸点为142℃,故应收集142℃左右的馏分,答案:d;

(6)分水器中收集到液体物质,因正丁醇密度比水小且微溶于水,会分为上下两层,上层为正丁醇,下层主要成分为水,答案:正丁醇;水;

(7)实验前提供的37g正丁醇的物质的量为=0.5mol,根据方程式中正丁醇与正丁醚的相互关系可知正丁醚的理论产物物质的量为=0.25mol,对应正丁醚的质量为0.25mol×130g•mol-1=32.5g,正丁醚的产率为%%=34%,答案:34%.

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