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简答题

氮化铝(AlN)是一种新型无机材料,广泛应用于集成电路生产领域。某氮化铝样品中可能含有碳或氧化铝中的一种杂质,现用图Ⅰ所示的装置来进行检验,使氮化铝样品和NaOH溶液反应AlN+NaOH+H2O====NaAlO2+NH3↑,已知NH3极易溶解于水,Al在常温下能与NaOH溶液反应:2Al+2NaOH+2H2O====2NaAlO2+3H2↑。根据反应中所生成氨气的体积来测定样品中的氮化铝的质量分数,并根据实验现象来确定杂质的成分(实验中导管体积忽略不计)。

图Ⅰ

(1)实验有关操作为:

a.往圆底烧瓶中放入AlN样品w g,并向广口瓶中加入水和X液体

b.从分液漏斗往圆底烧瓶中加入一定体积的过量的浓NaOH溶液

c.检验装置的气密性

d.读取收集到水的体积

正确的操作顺序为______________________。

(2)本实验中检查装置气密性的方法是________________________。

(3)广口瓶中的试剂X可选用___________(填选项的标号)。

(4)实验结束后,若观察到烧瓶中还有固体,则样品中含有的杂质是________________。

(5)实验结束后,分液漏斗中的NaOH溶液已经全部加入烧瓶,量筒中收集到水的体积为a L,若当时的实验条件为标准状况,则样品中的AlN的质量分数为___________(AlN的式量为41),这一测定结果比实际值偏高,你认为可能的原因是__________________________。

(6)有人建议改用图Ⅱ装置进行同样实验,欲通过测定烧杯中硫酸的增重来确定样品中AlN的质量分数。你认为这样的改进是否可行?________________(填“可行”或“不可行”)。理由是________________________。

图Ⅱ

正确答案

(1)c、a、b、d

(2)关闭分液漏斗活塞,在量筒中加适量水浸没导管口,微热圆底烧瓶,量筒中产生气泡,恢复到室温时导管中形成一段液柱

(3)C  (4)碳

(5)×100% 加入的过量氢氧化钠溶液占有一定的体积,使排出的水的体积偏大

(6)不可行 氨气极易被硫酸吸收,发生倒吸现象

根据题意,该实验为一定量实验,因此按装置图连接装置后,首先要检验装置的气密性,其方法是:关闭分液漏斗活塞,在量筒中加适量水浸没导管口,使装置密闭,再微热圆底烧瓶,使装置内气体体积膨胀,若量筒中产生气泡,恢复到室温时导管中形成一段水柱,则气密性良好。由于NH3极易溶于水,因此,用NH3排水时,必须用试剂X将NH3与H2O隔开,广口瓶中的试剂X必须具备两个条件:①不与NH3、H2O反应,不溶解NH3,不溶于水;②密度比H2O小。所以试剂X可选用植物油。实验结束后,若烧瓶中还有固体,则样品中含有的杂质是碳,因为AlN和Al2O3能与NaOH溶液反应,溶解于NaOH溶液中。

由AlN+NaOH+H2O====NaAlO2+NH3

41 g                       22.4 L

                       a L

得w(AlN)=×100%=×100%

测定结果比实际值偏高,是因为加入的过量NaOH溶液占有一定的体积,使排出的水的体积偏大,即a值偏大。

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填空题

1986年,在瑞士苏黎世工作的两位科学家发现一种性能良好的金属氧化物超导体,使超导工作取得突破性进展,为此两位科学家获得1987年的诺贝尔物理学奖。这种超导材料的晶体结构如右图所示,其化学式为YBa2Cu3O7

(1)已知该化合物中各元素的化合价为。试计算Cu在化合物中的平均化合价为______________,两种价态Cu的原子个数之比为____________。

(2)用氧化物的形式表示该化合物的组成:____________________________________。

正确答案

(1)+ =2∶1

(2)Y2O3·4BaO·4CuO·Cu2O3

(1)该晶体虽然是一种新型超导材料,但作为一种化合物,它同样满足化学式中“正负化合价代数和为零”的原则,据此计算出Cu的平均化合价为+;因为,则有:a+b=3,2a+3b=7。联立方程解得a=2,b=1。即=2∶1。(2)根据Y、Ba、Cu的化合价,其氧化物的化学式为Y2O3、BaO、CuO、Cu2O3,因Cu的+2、+3两种价态的原子个数之比为2∶1,所以推得n(CuO)∶n(Cu2O3)= 4∶1。即该化合物的组成可表示为Y2O3·4BaO·4CuO·Cu2O3

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简答题

课题式课堂教学是研究性学习的一种重要方式,其基本教学模式为:提出课题→确定研究方案→解决问题→总结和评价。

下面是关于“CO的化学性质”的课题式课堂教学中解决问题阶段:甲同学设计的证明CO具有还原性的实验装置,如图所示。完成下列有关问题:

(1)点燃酒精灯A、B的顺序是_______。

(2)硬质管中发生反应的化学方程式为_____________________。

(3)洗气瓶中的实验现象为_______________________________。

(4)酒精灯B的作用_____________________________________。

(5)乙同学提出甲同学装置太复杂,可将酒精灯合二为一,去掉B,而将尾气导气管出口旋转到A的火焰上即可,乙同学的设计是否合理?简述理由。

正确答案

   (1)先B后A

(2)CuO+COCu+CO2

(3)澄清石灰水变浑浊

(4)点燃CO,防止污染环境

(5)不合理,因为CO点燃在先,CuO加热在后,不能同时进行

   (1)要先通入CO气体将系统中空气赶尽,再点燃A处酒精灯,以免产生爆炸,开始通入CO前必须点燃B处酒精灯,以免有毒的CO进入空气。

(3)生成的CO2与Ca(OH)2作用,Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2O

(5)CO点燃在先,CuO加热在后,否则有CO进入空气。

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填空题

硅酸盐可以改写成氧化物的形式,许多含氧酸及其盐均可以类似地改写成氧化物的形式,请按硅酸盐改写成氧化物的规则改写下列物质:

                                       

正确答案

     

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简答题

某学生用实验方法来分析碳酸钠的纯度。该同学设计出如图②所示的实验装置(各符号代表的仪器如图①所示),其中A中盛有一定量的碳酸钠样品,分液漏斗内盛装稀硫酸,B内为碱石灰固体。他利用碱石灰的增重求出纯净的碳酸钠质量,再求纯度。重复正确操作3次,结果出现较大的偏差。

通过仔细分析,该同学重新设计了一套装置(如下图所示)(实验室可供选择的试剂和药品有锌片、浓硫酸、氢氧化钙溶液、碳酸钙固体、蒸馏水)。

完成下列问题:

(1)请分析在实验改进前,实验中出现较大偏差的原因:______________________________。

(2)在改进后的实验中,A装置分液漏斗中所盛的液体为__________,U形管内盛有。在整套装置中,A的作用是__________________________;D装置中U形管内盛有__________,D装置在整套装置中的作用是_____________________。

(3)该同学新设计的实验装置(如上图所示)是否完整?如果不完整,请画出应该补充的装置简图,并在图中标明所用药品或试剂。

正确答案

(1)①U形管A中产生的CO2不可能全部进入U形管B中;②U形管A中产生CO2的同时还会带出水蒸气进入U形管B中;③空气中的CO2和水蒸气会进入U形管B中。由于存在上述3种原因,碱石灰增重的质量就不等于CO2的质量,因此在测量过程中将会出现较大的偏差

(2)稀硫酸 锌片 产生氢气,把B装置中产生的二氧化碳气体全部通入后面装置中,确保二氧化碳被

充分吸收 碱石灰 吸收空气中的CO2和H2O,避免进入装置C中

(3)不够完整。必须在装置B、C之间加入一个干燥装置(如图所示)

本题的实验原理很简单:让待测的碳酸钠样品与硫酸反应,用碱石灰吸收反应产生的气体,通过称量吸收装置的质量确定反应放出的CO2的量,进而求得碳酸钠的质量和纯度。原理虽然很简单,但实验设计过程中必须排除水蒸气、空气等因素的干扰。

实验改进前,装置仅由二氧化碳产生装置A以及二氧化碳吸收装置B组成,仅从实验原理的角度来看是可行的。结合实验操作实际,就会发现如下问题:(1)装置A中留住部分CO2;(2)产生CO2的同时,必然会带出水蒸气;(3)吸收装置B的导管直接暴露在空气中,会吸收空气中的CO2、水蒸气。由于这些因素的存在,测量过程中必将出现较大的偏差。

正是由于存在上述问题,因此实验装置必须进行改进。结合上面分析,很容易推断出改进后实验装置中盛放的药品和它们对应的作用,其中B是二氧化碳的发生装置(碳酸钠样品和硫酸反应),而装置A的作用就是把装置B产生的二氧化碳全部排出以利于充分吸收,装置D的作用是避免空气带来的实验干扰(即避免空气中的CO2和水蒸气被吸收二氧化碳的装置C所吸收),装置C的作用显然是吸收二氧化碳。明确装置的作用,就可确定各装置所装的药品,其中A中的药品为稀硫酸和锌片,B中的药品为稀硫酸和碳酸钠样品,C和D中的样品均为碱石灰。

通过对上述实验原理的分析,可以发现改进后的装置仍然存在问题:随碳酸钠与硫酸反应产生的CO2带出的水蒸气没有处理。因此还需对“改进”了的实验装置进一步改进,即在B、C装置之间再安装一个吸收水蒸气的装置。

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简答题

课题式课堂教学是研究性学习的一种方式,其基本教学模式为:

下面是关于“一氧化碳的化学性质”的课题式课堂教学中解决问题阶段,甲同学设计的证明一氧化碳具有还原性的实验装置如下所示。

(1)点燃酒精灯A、B的先后顺序为:先______________后______________。

(2)硬质玻璃管中发生反应的化学方程式为________________________________________。

(3)洗气瓶中的实验现象为____________________________________________。

(4)酒精灯B的作用为_______________________________________________。

(5)乙同学认为甲同学设计的装置太复杂,可将酒精灯合二为一,去掉B,而将尾气导气管出口旋转到A的火焰上即可。乙同学的设计是否合理?简述理由。(从A、B使用的一致性的角度去考虑)

(6)丙同学认为甲同学设计的装置有待优化,如尾气可先储存在瓶内,然后再处理。右图是他设计的贮气瓶,尾气应从__________(填a、b)口通入。

(7)丁同学质疑:一氧化碳能否使澄清石灰水变浑浊?因此,在一氧化碳通入氧化铜之前,应先通入澄清石灰水,以排除一氧化碳与澄清石灰水反应。你认为丁的设计__________(填“必要”或“不必要”)。

正确答案

(1)B  A

(2)CuO+COCu+CO2

(3)变浑浊

(4)燃烧除去多余的CO

(5)不合理,因为A、B两处的酒精灯不能同时点燃

(6)a

(7)不必要

据实验装置,为使硬质玻璃管中的空气排尽应先点燃B再点燃A,由于CO还原CuO生成CO2,石灰水变浑浊。丙设计的储气瓶应从a进,若从b进,气体会从a跑出。

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填空题

2005年10月12日“神舟六号”载人飞船成功发射,是我国航天史上又一座新的里程碑,标志着我国在攀登世界科技高峰的征程上,又迈出了具有重大历史意义的一步。

(1)“神舟六号”飞船表面贴有特制的陶瓷片,其主要目的是_____________________。

(2)航天员采用的补氧剂有Na2O2、KO2两种选择,写出反应原理____________________。

(3)1 kg Na2O2与1 kg KO2分别与CO2反应,生成O2的体积(同温、同压)之比为_______。

(4)你认为选用_______作补氧剂更为合适,理由是:

正确答案

   (1)耐高温、隔热

(2)2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2

4KO2+2CO22K2CO3+3O2

(3)71∶117

(4)KO2消耗等质量补氧剂,KO2产生O2

   (1)飞船高速飞行,摩擦生热会产生较高温度。

(3)根据反应

2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2

156g              1mol

1000g            mol

4KO2+2CO22K2CO3+3O2

284g             3mol

1000g           mol

故产生O2的体积比为=71∶117。

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铝和硅均能与强碱溶液反应,离子方程式分别为:

2Al+2OH-+2H2O====2+3H2↑

Si+2OH-+H2O====+2H2↑

现有一铁、硅、铝的混合物13.0 g,当与足量盐酸反应时,生成标准状况下的氢气11.2 L;若将等质量的混合物与足量的NaOH溶液反应时,生成的H2在标准状况下也是11.2 L。求原混合物中各组分的质量。

正确答案

13.0 g原混合物中Fe、Si、Al的质量分别为:4.31 g、1.08 g和7.62 g。

设13.0 g混合物中,Fe、Si、Al的物质的量分别是xmol、y mol、z mol,当与足量HCl(aq)混合时,Si不参加反应。

2Al+6HCl====2AlCl3+3H2

2 mol                    67.2 L

z mol                33.6z L

Fe+2HCl====FeCl2+H2

1 mol             22.4 L

xmol      22.4x L

(横线上为求出数值,下同)

当与NaOH(aq)混合时,Fe不参加反应:

2Al ~ 3H2↑  Si ~ 2H2

2 mol    67.2 L   1 mol   44.8 L

z mol   33.6z L y mol  44.8y L

由题意得:

解得:x="0.076" 9、y="0.038" 5、z=0.282

m(Fe)="56.0" g· mol1×0.076 9 mol="4.31" g

m(Si)="28.0" g· mol1×0.038 5 mol="1.08" g

m(Al)="27.0" g· mol1×0.282 mol="7.62" g

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简答题

将一定量的碳与8 g O2置于一密闭容器中,使之在高温下反应,当恢复至原温度时,容器内压强比原来增大0.4倍,则参加反应的碳的质量是多少?

正确答案

4.2 g

同温同容时,气体的压强与气体的物质的量成正比。若只发生反应:

C+O2   CO2

0.25 mol       0.25 mol

容器内压强不变,即增大0倍。

若只发生反应:

2C+O2   2CO

0.25 mol        0.5 mol

容器内压强增大1倍。

因为0<0.4<1,所以以上两个反应同时发生。

方法一:平行计算法

设转化为CO的碳的物质的量为x,转化为CO2的碳的物质的量为y,则:

2C+O22CO

2   1      2

x   0.5x    x

C+O2CO2

1    1      1

y    y      y

解得:

所以m(C)="(x+y)×12" g·mol-1="0.35×12" g="4.2" g

方法二:碳原子守恒法

据题意可知,碳的物质的量=混合气(CO和CO2)的物质的量=1.4倍O2的物质的量

即:n(C)=1.4×="0.35" mol

m(C)="0.35" mol×12 g·mol-1="4.2" g

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简答题

高温下用碳还原某金属氧化物MO2,在标准状况下,得到400 mL CO、100 mL CO2和0.978 g金属M,则M的相对原子质量是多少?

正确答案

73

CO、CO2中的氧全来自于MO2中的氧,即由n(M)∶n(O)=1∶2,可快速建立关系

M(M)="73" g·mol-1

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简答题

(12分)某兴趣小组的学生根据Mg与CO2反应原理,推测钠也应能在CO2中燃烧。为了确定其生成产物并进行实验论证,请你参与以下研究过程。

(1)甲同学首先设计了实验室制取二氧化碳的三种发生装置,若选用碳酸氢钠分解制二氧化碳应选用装置是_______(填装置序号“A”“B”或“C”,下同);若用石灰石与稀盐酸为原料,并能控制反应随时发生随时停止,最好应选用的装置是_______;若用碳酸钠固体与稀硫酸反应应选用的装置是_______。

(2)乙同学按实验要求,用下列装置进行实验(已知PdCl2溶液能被CO还原得到黑色的Pd),请完成下列问题:

①若装置6中有黑色沉淀,装置4中的残留固体(只有一种物质)加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出,则钠与二氧化碳反应的化学方程式为:_____________________。

②若装置6中溶液无明显现象,装置4中残留固体(有两种物质)加盐酸有能使石灰水变浑浊的气体放出,则钠与二氧化碳反应的化学方程式为:_____________________。

(3)指导老师认为,不仅要检验残留固体中是否有碳酸钠还要检验其中是否有氧化钠和碳,当确认钠充分反应后,请你设计一个简单实验,验证装置4中得到的残留固体中是否含有Na2O和C。

正确答案

(1)BCA

(2)①2Na+2CO2CO+Na2CO3②4Na+3CO22Na2CO3+C

(3)将残留物溶于适量水,若有黑色不溶物则证明残留物中有C,在溶液中加足量BaCl2溶液,然后过滤,在滤液中滴加几滴酚酞,若溶液变红,则证明残留物中含有Na2O。

(2)①装置6中有黑色沉淀,依题中信息知产生了CO,残留物与HCl作用产生CO2,则残留物中含Na2CO3

②残留物与HCl作用产生CO2,证明残留物中含Na2CO3,而又无CO产生,根据氧化还原反应规律知,钠被氧化,则必有元素被还原,联系残留固体中有两种物质故知有C生成。

(3)根据碳不溶于水,可证明之,根据Na2O+H2O2NaOH溶液显碱性可证明Na2O存在,但Na2CO3溶液也显碱性,对实验有干扰,故先将用Ba2+沉淀。

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填空题

钇(Y)是激光材料、超导材料和磁性材料中的重要元素,在激光诊断、激光治疗领域、超导发电机、超导磁悬浮列车、微波领域中有着重要作用。

(1)有一种铁、氧、钇三种元素组成的磁性材料,经测定该材料中钇、铁的原子个数之比为3∶5,氧的质量分数约为26.0%,则该材料的化学式为___________,钇、铁的化合价分别为___________。

(2)某钇矿石的主要成分是Be2YxFeSi2O10,该矿石与过量氢氧化钠共熔后,加水溶解,所得沉淀物中有Y(OH)3和Fe2O3(反应时Y的化合价不变,Fe由+2价转变为+3价)。试推算:此钇矿石的化学式中x=___________。若改用氧化物的形式表示其组成,则化学式为___________。

正确答案

(1)Y3Fe5O12  +3、+3

(2)2  2BeO·Y2O3·FeO·2SiO2

(1)设该物质化学式中钇、铁、氧的原子个数之比为3∶5∶n,则可列式为:

16n/(89×3+56×5+16n)×100%=26.0%

解得n=12,因为各原子的个数之比已为最简比,即其化学式为Y3Fe5O12。由化学式中各元素的化合价代数和为零,可推出钇、铁的化合价分别为+3、+3。

(2)根据化合价规则(化合物中各元素化合价的代数和为0)有:2×2+3x+2+2×4=2×10,解得x=2,即钇矿石的化学式为Be2Y2FeSi2O10。改写成氧化物的形式为2BeO·Y2O3·FeO·2SiO2

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填空题

用高岭土(主要成分是Al2O3·2SiO2·2H2O,并含有少量CaO、Fe2O3)研制新型净水剂(铝的化合物)。其步骤如下:将土样和纯碱混合均匀,加热熔融,冷却后加盐酸分别得到沉淀和溶液,溶液即为净水剂。

(1)写出熔融时主要成分与纯碱反应的化学方程式(Al2O3与强碱反应相似)                          

(2)最后的沉淀是        ,生成沉淀的离子方程式是                         

(3)实验室中常用的有瓷坩埚、氧化铝坩埚和铁坩埚,本实验应选用     坩埚。

正确答案

   (1)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2

Al2O3+Na2CO3 2NaAlO2+CO2

(2)H2SiO3   SiO2-3+2H H2SiO3

(3)铁

   搞清高岭土的主要成分是本题的关键。Al2O3与SiO2能分别与Na2CO3反应得到Na2SiO3和NaAlO2,冷却后加盐酸分别得到H2SiO3沉淀和AlCl3溶液(净水剂)。瓷坩埚、氧化铝坩埚都能与Na2CO3反应,因此本实验应该选用铁坩埚。

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简答题

有两瓶溶液,A溶液:1L 1mol·L-1的纯碱溶液;B溶液:1L 1.25mol·L-1的盐酸。试计算在下列两种情况下产生的CO2在标准状况下的体积各多少升?(忽略CO2溶解于水)

(1)将A逐滴加入到B中;

(2)将B逐滴加入到A中。

正确答案

   (1)将A逐滴加入B中,生成CO2气体为14L(标准状况);(2)将B逐滴加入A中,生成CO2气体为5.6L(标准状况)。

   A为1L1mol·L-1的Na2CO3溶液,n(Na2CO3)=1mol。

B为1L1.25mol·L-1的HCl溶液,n(HCl)=1.25mol。

(1)Na2CO3+2HCl  2NaCl+H2O+CO2

2mol             22.4L

1.25mol        V(CO2

则 2mol∶1.25mol=22.4L∶V(CO2

V(CO2)==14L

(2)Na2CO3+HCl  NaHCO3+NaCl          ①

NaHCO3+HCl  NaCl+H2O+CO2↑            ②

由反应①消耗HCl 1mol;生成NaHCO3 1mol,还余HCl为0.25mol;而反应②消耗0.25mol HCl应生成0.25molCO2

V(CO2)=22.4mol·L-1×0.25mol=5.6L

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简答题

为证明草木灰的主要成分是K2CO3,设计如下实验:

(1)提取碳酸钾晶体,可供选择的实验操作步骤有:

A过滤B溶解C浓缩结晶D蒸发E冷却结晶F萃取G蒸馏.按照操作顺序,应选择有__________(写编号)在实验中都要用到的仪器是____________

(2)鉴定提取的晶体是碳酸钾________________________

正确答案

(1)BADC  玻璃棒

(2)用焰色反应鉴定K+(K+的焰色透过蓝色钴玻璃观察时显紫色)。将晶体溶于稀盐酸,再将生成的无色、无刺激性气味的气体通入澄清石灰水中,石灰水变浑浊,证明含CO32-

(1)草木灰中除K2CO3外,还有许多其他不溶性杂质。故其操作过程一般是溶解、过滤、蒸发、浓缩结晶等。这些操作中都需用到玻璃棒,如溶解时搅拌,过滤时引流,蒸发时搅拌,结晶后转移晶体。

(2)要鉴定K2CO3,必定要分别鉴定K+和CO32-

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