- 离子的检验
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由正丁醇(用nC4H9OH表示)制备正溴丁烷(沸点:101.6 ℃)的反应如下:nC4H9OH+NaBr+H2SO4―→nC4H9Br+NaHSO4+H2O
副反应:nC4H9OHCH3CH2CHCH2↑+H2O
2nC4H9OH(nC4H9)2O+H2O
3H2SO4(浓)+2NaBr(固)=2NaHSO4+Br2↑+SO2↑+2H2O
已知反应物及其用量:固体NaBr 0.24 mol,nC4H9OH 0.20 mol,浓H2SO4 29 mL,H2O 20 mL。
制备过程经历如下五个步骤,试回答下列问题:
(1)投料:在圆底烧瓶中加入20 mL水,再慢慢加入29 mL浓硫酸,混合均匀并冷却至室温后,再依次加入0.20 mol正丁醇(约18 mL)和0.24 mol溴化钠,充分振荡后加入几粒沸石。
①冷却至室温后再加正丁醇和溴化钠的目的是________。
②本反应中硫酸与溴化钠作用生成氢溴酸,氢溴酸与正丁醇作用发生取代反应生成正溴丁烷。硫酸的用量和浓度过大都对本制备不利的主要原因是
_____________________________________________________。
(2)加热回流:反应装置选择Ⅱ而不选择Ⅰ的原因是_________________。在反应装置中冷凝水应该从________(填“A”或“B”)端进水。
(3)分离粗产物:反应结束待反应液冷却后,用直形冷凝管换下球形冷凝管,将其变为蒸馏装置进行蒸馏,得到的粗产物中除主产品外,还含下列选项中的________。
①C4H9OH ②SO2 ③(C4H9)2O ④Br2 ⑤NaHSO4 ⑥H2O ⑦H2SO4
(4)洗涤粗产物:将馏出液移至分液漏斗中,加入等体积的水洗涤后,分液得有机层。如果不能判断哪层是有机层,可以用_______________方法来判断。对有机层,进行洗涤除杂、除水后可得到粗产品。
(5)收集产物:将干燥好的产物移至小蒸馏瓶中,加热蒸馏,收集99~103 ℃的馏分。要证明最终产物是nC4H9Br,方法是_____________________________
___________________________________________。
正确答案
(1)①ABC ②会加大副反应进行
(2)Ⅱ可以防止挥发性尾气进入空气污染环境 B (3)①③④⑥
(4)从任意一层取少量溶液加水,如混溶则该层为水层;不混溶则为有机层(其他合理答案也给分)
(5)测定产品的沸点(其他合理答案也给分)
(1)①由于浓硫酸与水混合放出大量的热会导致HBr和正丁醇的大量挥发影响原料的利用率,且温度较高时容易发生其他副反应。②硫酸的用量和浓度过大也会导致副反应的发生。(2)装置Ⅰ和Ⅱ的主要区别是有无尾气吸收装置,故应选择Ⅱ可以防止挥发性尾气进入空气污染环境。冷凝管中冷凝水从下口进入可以使冷却更加充分。(3)反应结束后混合液中含有产品以及未完全反应的反应物和反应中的一些副产物,但SO2为气体已脱离该体系;然后再进行蒸馏,一些易挥发的物质都随主产品一同蒸馏出来。(4)该题充分利用水和有机层互不相溶的特点来解题。(5)测定物质的沸点是比较准确的判断物质组成的方法。
硫代硫酸钠(Na2S2O3)俗称保险粉,可用作定影剂,也可用于纸浆漂白、脱氯剂等。
Na2S2O3易溶于水,不溶于乙醇,常温下溶液中析出晶体通常为Na2S2O·5H2O。实验室制备保险粉的装置如下图所示。涉及的总化学方程式如下:
(1)检查虚线框内装置气密性的方法是 。
(2)反应前仪器a中加入的药品为 ,仪器c中加入的药品为 。
(3)仪器b的名称是 。
(4)在制备过程中,持续通人气体时,观察到B装置中先有大量浅黄色沉淀析出,反应一段时间,沉淀逐渐减少;待浅黄色沉淀消失时反应完成,停止加热。反应的离子方程式为 。
(5)反应完成后,为了从混合溶液中获取产品,操作如下:
操作②为 。
(6)为了测产品的纯度,称取8.000 g粗产品,配制成250 mL溶液,用移液管移取25.00 mL于锥形瓶中,再用0.05000 mol·L-l的碘标准溶液进行滴定(2S2O32-+I2=S4O62-+2I-),
平行3次实验,平均消耗碘标准溶液的体积为30.00mL。
①测得产品的纯度为 。
②关于上述实验的有关操作,以下表述正确的是 。(填编号)
正确答案
(1)关闭蒸馏烧瓶右端活塞,往分液漏斗中加水,打开分液漏斗的活塞,水开始下滴,一段时间后,如果水不再下滴,表明气密性良好。反之则气密性不好。
(2)Na2SO3固体 NaOH溶液(或KMnO4溶液等)
(3)三颈烧瓶
(4)S2O32-+SO2+H2O=S↓+2HSO32-
(5)蒸发浓缩、冷却结晶
(6)①93.00% ②B
试题分析:(1)检查虚线框内装置气密性的方法是关闭蒸馏烧瓶右端活塞,往分液漏斗中加水,打开分液漏斗的活塞,水开始下滴,一段时间后,如果水不再下滴,表明气密性良好。反之则气密性不好。(2)装置A是制取SO2的,反应前仪器a中加入的药品为Na2SO3固体,在分液漏斗内加入稀盐酸或稀硫酸。分数反应为:Na2SO3+H2SO4= Na2SO4+SO2↑+H2O;在装置B中加入Na2S。发生反应2Na2S+3SO2=2Na2SO3+3S ;Na2SO3+S=Na2S2O3。由于SO2或H2S都是大气污染物,所以未完全转化为Na2S2O3的SO2或H2S在装置C中被吸收。SO2或H2S都是酸性气体,同时也有还原性,所以仪器c中加入的药品为NaOH溶液(或KMnO4溶液等) 。(3)仪器b的名称是三颈烧瓶。(4)根据题意可得该反应的离子方程式为S2O32-+SO2+H2O=S↓+2HSO32-。(5)操作②从溶液中结晶析出晶体的操作是蒸发浓缩、冷却结晶。(6) ①由方程式2S2O32-+I2=S4O62-+2I-。可得n(Na2S2O3)=2n(I2)= 2×(0.05000 mol/L×0.03L)×(250 mL÷25.00 mL)=0.03mol.所以测得产品的纯度为(0.03mol×248g/mol)÷8.000g×100%="93.00%." ②A.碘单质有强的氧化性,容易腐蚀橡胶管,所以用酸式滴定管盛装碘标准溶液。错误。B.用移液管移取25.00mL溶液于锥形瓶中时,悬于移液管的尖嘴的液体是在量取体积范围内的,所以要和锥形瓶内壁要接触,使其滴入锥形瓶中。正确。C.测定样品的纯度就是以碘标准溶液为标准的,如果滴定终点没有控制好,碘标准溶液滴加过量,则可通过反滴加待测溶液。根据反应时二者的体积关系进行纯度的计算没有必须重新进行滴定。错误。D.滴定过程中若剧烈摇动锥形瓶,只要溶液不外溅,则二者就可以充分进行反应。所以对所测得的纯度无影响。错误。选项为B。
一定浓度NaHCO3溶液与CuSO4溶液反应后生成了蓝绿色颗粒状沉淀。就沉淀成分提出了如下三种假设:
假设一:沉淀是CuCO3;假设二:沉淀是Cu(OH)2;
假设三:沉淀是CuCO3和Cu(OH)2的混合物。
(1)写出假设二,沉淀是Cu(OH)2生成的理由 (用离子方程式表示);
(2)为了探究沉淀的成分,取出了一部分沉淀,滴加稀盐酸,有气体放出。凭此现象,判断沉淀中含有 ;
(3)为了进一步探究沉淀的成分,进而确定假设中何种假设成立,设计实验,装置图如下:
①研究沉淀物组成前,须将沉淀从溶液中分离并净化。具体操作依次为 、洗涤、干燥;
②装置E中药品的名称是 作用为 ;
③实验过程中有以下操作步骤:a.打开K1、K3,关闭K2、K4,通入过量空气。此步骤的作用是 。
b.关闭K1、K3,打开K2、K4,充分反应,c.再通入过量空气时,活塞处于打开的是 ,关闭的是 。
④若沉淀样品的质量为m g,装置D的质量增加了n g;若沉淀样品为纯净物,m、 n之间的关系为 。
若假设三成立,则Cu(OH)2的质量分数为 ;若不进行步骤c,则会使测得结果 (填“偏高”“无影响”“偏低”)。
正确答案
(1)Cu2++2=Cu (OH)2↓+2CO2↑(2)CuCO3
(3)①过滤 ②碱石灰 防止空气中的水蒸气和CO2进入装置D
③排除整套装置中的CO2,使测得结果更准确 K1、K4 K2、K3
④ 偏低
(1)Cu2+和的水解相互促进,可以生成Cu(OH)2沉淀和CO2气体;(2)CuCO3可以和稀盐酸反应生成CO2气体而Cu(OH)2与稀盐酸的反应中没有气体生成;(3)①分离不溶性固体与液体的操作为过滤;②CO2和H2O会影响实验结果的准确性,所以应避免空气中的水蒸气和CO2进入装置D,可以用碱石灰吸收;③a.实验装置中的CO2会影响实验结果的准确性,故应在反应前排除;b.再通入过量空气的目的是将装置中残余的气体赶入D中充分吸收;④若沉淀样品为纯净物,装置D质量增加则沉淀为CuCO3,其物质的量与生成CO2的物质的量相等,故
;若沉淀是CuCO3和Cu(OH)2的混合物,则
TiO2既是制备其他含钛化合物的原料,又是一种性能优异的白色颜料。
(1)实验室利用反应TiO2(s)+2CCl4(g)=TiCl4(g)+CO2(g),在无水无氧条件下,制取TiCl4实验装置示意图如下:
有关性质如下表
仪器A的名称是 ,装置E中的试剂是 。反应开始前依次进行如下操作:组装仪器、 、加装药品、通N2一段时间后点燃酒精灯。反应结束后的操作包括:①停止通氮气②熄灭酒精灯③冷却至室温。正确的顺序为 (填序号)。欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是 。
(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括:
酸溶FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)=FeSO4(aq)+ TiOSO4(aq)+ 2H2O(l)
水解TiOSO4(aq)+ 2H2O(l)H2TiO3(s)+H2SO4(aq)
简要工艺流程如下:
①试剂A为 。钛液Ⅰ需冷却至70℃左右,若温度过高会导致产品收率降低,原因是 。
②取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶液后无明显现象,再加H2O2后出现微红色,说明H2TiO3中存在的杂质离子是 。这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后获得的TiO2也会发黄,发黄的杂质是 (填化学式)。
正确答案
(1)干燥管;浓硫酸;检查气密性;②③①,分液(或蒸馏)
(2)①Fe 温度过高会导致TiSO4提前水解,产生H2SiO3沉淀
②Fe2+,Fe2O3
(1)仪器A是干燥管,由于IiCl4遇到水蒸气会水解,所以E中用浓硫酸吸收空气中水蒸气。对于气体制取而言,组装仪器、检查气密性、加药品,终止实验时防止倒吸,应先熄灭酒精灯,冷却到室温后再停止通入N2。分离两种沸点不同的液体混合物应该用蒸馏法。
(2)①矿石经硫酸溶解后得到的Fe2(SO4)3,而后过滤得到的是FeSO4·7H2O,所以试剂A是铁粉,把Fe3+还原为Fe2+。因为TiOSO4容易水解,若温度过高,则会有较多TiOSO4水解为固体H2TiO3,而经过滤进入FeSO4·7H2O中导致TiO2产率降低。
②加入KSCN溶液无现象,加H2O2出现红色,说明存在Fe2+,经过加热后Fe2+氧化为Fe2O3,而使产品发黄。
(20分)MnO2是一种重要的功能无机材料,粗MnO2的提纯是工业生产的重要环节。某研究性学习小组设计了将粗MnO2(只含有较多的MnO和MnCO3)样品转化为纯MnO2的实验,其流程如下:
(1)第①步加稀H2SO4时,将粗MnO2样品中▲ ,▲ (写化学式)转化为可溶性物质。
(2)第②步反应的离子方程式是(补充完整并配平): Mn2++ ClO3—+ = MnO2↓+ Cl2↑+ ;
(3)第③步蒸发操作必需的仪器有铁架台(含铁圈)、 ▲ 、 ▲ 、玻璃棒。
(4)若粗MnO2样品的质量为12.69g,第①步反应后,经过滤得到8.7g MnO2,并收集到0.224LCO2(标准状况下),则在第①步反应中至少需要▲ mol H2SO4。写出计算过程 (已知摩尔质量:MnO2 -87g/mol; MnO-71g/mol; MnCO3-115 g/mol)
(5)已知2H2O2(l)=2H2O(l)+O2(g)△H=a kJ·mol-1反应过程的能量变化如图所示。则
①该反应为 ▲ 反应(填“吸热”或“放热”)。
②请用虚线在右图中画出使用MnO2作催化剂的情况下反应过程中体系能量变化示意图。
正确答案
(20分)(1)MnO2 MnCO3(每个2分)
(2)5Mn2++2ClO3-+4H2O=5MnO2↓+Cl2↑+8H+(4分,补充物质全对给2分,配平2分),
(3)蒸发皿 酒精灯(4分);
(4)0.05(4分);
(5)①放热(2分),②图略(2分)
略
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