- 离子的检验
- 共4052题
氯化铁是常见的水处理剂，利用废铁屑可制备无水氯化铁。实验室制备装置和工业制备流程图如下：
已知：(1)无水FeCl3的熔点为555 K、沸点为588 K。
(2) 废铁屑中的杂质不与盐酸反应
(3)不同温度下六水合氯化铁在水中的溶解度如下：
实验室制备操作步骤如下：
Ⅰ.打开弹簧夹K1，关闭弹簧夹K2，并打开活塞a，缓慢滴加盐酸。
Ⅱ.当 时，关闭弹簧夹K1，打开弹簧夹K2，当A中溶液完全进入烧杯后关闭活塞a。
Ⅲ.将烧杯中溶液经过一系列操作后得到FeCl3·6H2O晶体。
请回答：
（1）烧杯中足量的H2O2溶液的作用是 。
（2）为了测定废铁屑中铁的质量分数，操作Ⅱ中“……”的内容是__________。
（3）从FeCl3溶液制得FeCl3•6H2O晶体的操作步骤是：加入 _ 后、 _ 、过滤、洗涤、干燥．
（4）试写出吸收塔中反应的离子方程式： 。
（5）捕集器温度超过673 K时，存在相对分子质量为325的铁的氯化物，该物质的分子式为 。
（6）FeCl3的质量分数通常可用碘量法测定：称取m g无水氯化铁样品，溶于稀盐酸，配制成100mL溶液；取出10.00mL，加入稍过量的KI溶液，充分反应后，滴入几滴淀粉溶液，并用c mol•L-1 Na2S2O3溶液滴定，消耗V mL（已知：I2+2S2O32-═2I-+S4O62-）。
①滴定终点的现象是： _
②样品中氯化铁的质量分数 _
正确答案
（1）把亚铁离子全部氧化成三价铁离子 （2分）
（2）装置A中不产生气泡或量气管和水准管液面不变（其他合理答案也给分）（2分）
（3）盐酸（1分） 蒸发浓缩、冷却结晶（1分）
（4）2Fe2+ + Cl2 = 2Fe3+ （2分）
（5）Fe2Cl6（2分）
（6）① 溶液由蓝色变无色，且半分钟内不变色（2分）
②
试题分析：（1）根据实验装置和操作步骤可知，实验室制备无水FeCl3，是利用铁与盐酸反应生成FeCl2，然后把FeCl2氧化成FeCl3，先制得FeCl3·6H2O晶体，再脱结晶水制得无水FeCl3。烧杯中足量的H2O2溶液是作氧化剂，把亚铁离子全部氧化成三价铁离子；
（2）铁与盐酸反应完全时，不再产生氢气，所以装置A中不产生气泡或量气管和水准管的液面不再变化，此时，可将A中FeCl2溶液放入烧杯中进行氧化。
（3）从FeCl3溶液制得FeCl3•6H2O晶体的操作步骤是：蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥．
（4）从工业制备流程图分析可知，反应炉中进行的反应是 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3，因此，进入吸收塔中的尾气是没有参加反应的氯气，在吸收塔中氯气被吸收剂吸收，反应后生成2FeCl3溶液，所以吸收剂应是2FeCl2溶液，反应的离子方程式为：2Fe2+ + Cl2 = 2Fe3+。
（5）捕集器收集的是气态FeCl3，FeCl3的相对分子质量是162.5，由相对分子质量为325的铁的氯化物可以推出，当温度超过673 K时，二分子气态FeCl3可以聚合生成双聚体Fe2Cl6。（备注：FeCl3属共价型化合物，能溶于乙醚、丙酮等有机溶剂，在673K蒸气中有双聚体，1023K以上分解为单分子）。
（6）①称取m g无水氯化铁样品，溶于稀盐酸，配制成100mL溶液；取出10.00mL，加入稍过量的KI溶液，充分反应后，滴入几滴淀粉溶液，此时溶液呈蓝色，用 Na2S2O3溶液滴定，滴入最后一滴Na2S2O3溶液，锥形瓶内的溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色。所以滴定终点的现象是：溶液由蓝色变为无色，且半分钟内不变色。
② 求样品中氯化铁的质量分数
由反应：2Fe3+ + 2I - = 2Fe2+ + I2； I2+2S2O32-═2I-+S4O62-；可得关系式：
2Fe3+ — I2 — 2S2O32-
1 1
n cV×10-3
求得n(Fe3+) = cV×10-3 mol， 则样品中氯化铁的质量分数为：
ω(Fe3+) = cV×10-3 mol×10×162.5g/mol×100% =
工业碳酸钠(纯度约为98％)中含有Mg2＋、Fe2＋、Cl－和SO42－等杂质，提纯工艺流程如下：
已知：碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出的溶质如下图所示：
回答下列问题：
（1）溶解时通入热空气的作用有 (写出两条即可)；生成氢氧化镁沉淀的离子方程式为 。
（2）“趁热过滤”时的温度应控制在 ；简述过滤后洗涤固体的操作 。
（3）为检验母液中是否含有Cl-，必须加入的试剂为 。
（4）实验室进行“灼烧”的陶瓷仪器有 。
（5）室温下用石墨电极电解饱和Na2CO3溶液（装置如图），写出Y电极反应式： ；一段时间后X电极可收集到的气体一定有 ，可能有 。
正确答案
（1）升温加快溶解速率、除去铁元素【或加热促进Fe3+（Fe2+）的水解或氧化Fe2+】（2分）；Mg2+ +2OH－=" Mg" (OH) 2↓（或MgCO3 +2OH－=" Mg" (OH) 2+CO32－） （2分）
（2）不低于36℃（2分）；
向过滤器中加入36℃的热水没过固体表面，待水自然流干后，重复操作2~3次（2分）
（3）足量的Ba(NO3)2和HNO3溶液（1分）、少量的AgNO3溶液（1分）
（4）坩埚、泥三角（2分）（答酒精灯不倒扣分，其余答错一个倒扣1分，直到本小问0分）
（5）2H+ +2e- =H2↑（或2H2O+2e- = H2↑+2OH-，2分）；O2；CO2（写名称也给分，各1分，共2分）
试题分析：（1）溶解时通入热空气可以加快溶解速率，同时可以氧化亚铁离子为铁离子，方便除去铁元素；镁离子与氢氧根离子结合生成氢氧化镁沉淀，离子方程式为Mg2+ +2OH－=" Mg" (OH) 2↓；
（2）碳酸钠的饱和溶液在不同温度下析出不同的溶质，据图可知，低于36℃时会生成Na2CO3·7H2O等，所以“趁热过滤”时的温度应控制在不能低于36℃；过滤后洗涤固体时不同于一般的洗涤，仍要注意蒸馏水的温度不能低于36℃，所以正确操作是向过滤器中加入36℃的热水没过固体表面，待水自然流干后，重复操作2~3次；
（3）因为溶液中存在SO42－，对Cl-的检验带来干扰，所以在检验Cl-前先除去SO42－，所用试剂是足量的Ba(NO3)2和HNO3溶液，然后在加入硝酸银溶液，观察现象，进行判断；
（4）坩埚有不同的类型，实验室进行“灼烧”的陶瓷仪器有瓷坩埚、泥三角；
（5）Y极是阴极，阳离子放电发生还原反应，电极反应式为2H2O+2e- = H2↑+2OH-，X极为阳极，氢氧根离子放电生成氧气，所以X极产生的气体一定有氧气，X极氢氧根离子放电，导致氢离子浓度增大，所以溶液中的碳酸根离子与氢离子反应会生成二氧化碳气体，因此气体中还可能含有二氧化碳。
工业上常用铬铁矿（有效成份为FeO·Cr2O3，主要杂质为SiO2、Al2O3）为原料生产重铬酸钾（K2Cr2O7），实验室模拟工业法用铬铁矿制重铬酸钾的主要工艺流程如下图，涉及的主要反应是：6FeO·Cr2O3＋24NaOH＋7KClO3=12Na2CrO4＋3Fe2O3＋7KCl＋12H2O，试回答下列问题：
（1）⑤中溶液金属阳离子的检验方法是 。
（2）步骤③被沉淀的离子为（填离子符号） 。
（3）在反应器①中，二氧化硅与纯碱反应的化学方程式为： 。
（4）烟道气中的CO2可与H2合成甲醇。CH3OH、H2的燃烧热分别为：ΔH=－725.5 kJ/mol、ΔH=－285.8 kJ/mol，写出工业上以CO2、H2合成CH3OH的热化学方程式： 。
（5）2011年云南曲靖的铬污染事件，说明含铬废渣（废水）的随意排放对人类生存环境有极大的危害。电解法是处理铬污染的一种方法，金属铁作阳极、石墨作阴极电解含Cr2O72-的酸性废水，一段时间后产生Fe(OH)3和Cr(OH)3沉淀。
①写出电解法处理废水的总反应的离子方程式 。
②已知Cr(OH)3的Ksp=6.3×10–31，若地表水铬含量最高限值是0.1 mg/L，要使溶液中c(Cr3+)降到符合地表水限值，须调节溶液的c(OH-)≥ mol/L（只写计算表达式）。
正确答案
（1）焰色反应 ；（2）SiO32-、AlO2-；
（3）Na2CO3＋SiO2
（4）CO2(g)＋3H2(g) = CH3OH(l)＋H2O(l) ΔH=－131.9 kJ/mol；
（5）① 6Fe＋Cr2O72-＋2H+＋17H2O = 6Fe(OH)3↓＋2Cr(OH)3↓＋6H2↑；
②
试题分析：（1）⑤中溶液金属阳离子K+的检验方法是用焰色反应来检验。具体是取光洁无绣的铁丝或Pt丝，用盐酸洗涤后在酒精灯的火焰上灼烧，待跟火焰颜色相同时蘸取待测液，在火焰上灼烧，并透过蓝色Co玻璃来观察火焰的颜色。若呈现紫色，就证明含有K+。（2）铬铁矿粉碎后加入NaOH、Na2CO3等碱性物质，SiO2、Al2O3发生反应变为Na2SiO3、AlO2－。当调节溶液的pH在7～8时，就转化为H2SiO3、Al(OH)3沉淀。因此步骤③被沉淀的离子为SiO32-、AlO2-；（3）在反应器①中，二氧化硅与纯碱反应的化学方程式为：Na2CO3＋SiO2
c3(OH-)≥6.3×10–31÷
（15分）工业中利用废铜（含有锌、铝等）制取硫酸铜，将适量硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中加热，使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体。
下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH（开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0 mol·L—1计算）。
（1）①为了节约原料，硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为 ；该反应中产生尾气污染空气，请选择下图中合适的装置吸收尾气 。
②由表可知Zn(OH)2能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)4]2—，请写出金属锌与氢氧化钠溶液反应的离子方程式
（2）为了符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计：
第一组：空气为氧化剂法
将空气或氧气直接通入到铜粉与稀硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO4，即发生反应，生成硫酸铜。反应完全后，加入物质甲调节pH，铁元素全部沉淀(一般认为铁离子的浓度下降到10-5 mol·L-1，就认为沉淀完全。已知：Ksp[Fe((OH)3]≈10-38，然后过滤、浓缩、结晶。
请回答下列问题：
①方案为了使铁离子全部沉淀，应调节pH至少为 。
②方案中甲物质可选用的是
A．CaO B．NaOH C．CuCO3 D．Cu2(OH) 2CO3 E．Fe2(SO4) 3
③方案中加入少量FeSO4可加速铜的氧化，用离子方程式解释其原因 。
第二组：过氧化氢为氧化剂法
将铜粉放到 1.5 mol·L-1的足量稀硫酸中，控温在50℃加入10%的足量H2O2反应0.5 h，升温到60℃，持续反应1 h后，过滤、蒸发浓缩、减压抽滤等，用少量95%的酒精淋洗后晾干，得CuSO4·5H2O 。
请回答下列问题：
④用过氧化氢为氧化剂法比流程中采用硝酸和硫酸溶解的优点是 。
⑤用少量95%的酒精淋洗的目的是 。
（3）废铜溶解后经过一系列操作得到硫酸铜溶液，补充完整由溶解液制备纯净硫酸铜溶液的实验步骤 。
正确答案
（1） ①3∶2 B
② Zn+2OH－+2H2O=[Zn(OH)4]2—+H2↑
（2）①3
②CD
③4Fe2＋＋O2＋4H＋===4Fe3＋＋2H2O；2Fe3＋＋Cu===2Fe2＋＋Cu2＋
④减少硫酸铜晶体的溶解损失
⑤ 产物是水，无污染
（3）向溶液中加氢氧化钠溶液至pH为11，充分反应过滤洗涤，向沉淀中加适量稀硫酸溶解，制的硫酸铜溶液。
试题分析：（1）①铜与稀硫酸不反应，加入硝酸做氧化剂使铜溶解，反应为3Cu+3H2SO4+2HNO3=3CuSO4+2NO+4H2O,，由方程式知硫酸和硝酸的物质的量之比最佳为3:2；NO不能被氢氧化钠直接吸收，需先与氧气反应生成二氧化氮，在与氢氧化钠反应，故选B装置。②锌与强碱反应生成[Zn(OH)4]2—同时应生成氢气；（2）①根据Ksp[Fe((OH)3]计算，pH至少为3；②加入甲物质是使铁离子沉淀出来，同时不能引入新的杂质，加入不溶于水但与酸反应的铜的化合物，促进铁离子水解生成氢氧化铁沉淀而除去，故选用CuCO3、Cu2(OH) 2CO3 、CuO、Cu(OH)2等。③通入的氧气把亚铁离子氧化为铁离子，铁离子能与铜反应而使其溶解；④硫酸铜晶体溶于水，洗涤时需用饱和硫酸铜溶液或乙醇（盐不易溶解于有机溶剂），降低其溶解损失；⑤双氧水是绿色氧化剂，产物是水无污染；（3）根据信息可以根据铝、锌的氢氧化物溶解于强碱，调节pH得到氢氧化铜沉淀，然后加硫酸溶解制的硫酸铜溶液。
利用工业炼铜后的炉渣(含Fe2O3、FeO、SiO2、Al2O3)，制备无机高分子絮凝剂聚合氯化铝和净水剂高铁酸钠(Na2FeO4)。其工艺流程如下(部分操作和条件略)：
Ⅰ．用稀盐酸浸取炉渣，过滤；
Ⅱ．向滤液中加入过量NaClO溶液，调pH约为3，过滤；
Ⅲ．溶液进行减压蒸发等操作,甩干后送入聚合炉中进行高温聚合，……得到聚合氯化铝。
Ⅳ．将Ⅱ中得到沉淀洗涤、干燥,再与NaClO和NaOH反应，生成高铁酸钠。
（1）稀盐酸溶解Fe2O3的离子方程式是 。
（2）验证炉渣中含有FeO必要的化学试剂为 。
（3）已知：生成氢氧化物沉淀的pH
①步骤Ⅱ中加入过量NaClO，反应的离子方程式是 。
②根据表中数据解释步骤Ⅱ中，调pH约为3的目的是 。
（4）该工业流程存在缺点，在步骤Ⅱ伴随着有氯气产生，此反应方程式是 。
（5）步骤Ⅲ中在减压蒸发与甩干操作之间，还需进行的操作是 。
（6）在步骤Ⅳ中，若该反应生成166 g Na2FeO4转移3 mol电子，则参加反应的还原剂和氧化剂的物质的量之比是 。
正确答案
（1）Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O (2分)
（2）稀硫酸、KMnO4溶液 (或稀盐酸、K3[Fe(CN)6]溶液）(2分)
（3）①2Fe2+ + ClO- + 2H+ = 2Fe3+ +Cl- + H2O (2分)
②pH约为3时，Fe2+不能形成沉淀，将Fe2+氧化为Fe3+，可使铁完全沉淀。 (2分)
（4）ClO- + Cl- + 2H+ = Cl2 + H2O (2分)
（5）浓缩至饱和,冷却结晶(2分)
（6）2 : 3 (1分)
试题分析：（1）稀盐酸溶解Fe2O3：Fe2O3 + 6H+ = 2Fe3+ + 3H2O。
（2）验证FeO先要溶解，是盐酸，在证明Fe2+的检验，可用KMnO4溶液的褪色实验或K3[Fe(CN)6]溶液蓝色沉淀实验。
（3）①步骤Ⅱ中加入过量NaClO，将Fe2+氧化，2Fe2+ + ClO- + 2H+ = 2Fe3+ +Cl- + H2O。
②根据表中数据解释步骤Ⅱ中，调pH约为3的目的是Fe2+不能形成沉淀，将Fe2+氧化为Fe3+，可使铁完全沉淀。
（4）在步骤Ⅱ伴随着有氯气产生是因为：ClO- + Cl- + 2H+ = Cl2 + H2O。
（5）步骤Ⅲ中在减压蒸发与甩干操作之间，还需进行的操作是浓缩至饱和、冷却结晶。
（6）在步骤Ⅳ中发生反应，生成166 g Na2FeO4转移3 mol电子，3NaClO+4NaOH+2Fe(OH)3=2Na2FeO4+ 3NaCl + 5H2O。反应则参加反应的还原剂Fe(OH)3和氧化剂NaClO的物质的量之比是2:3。
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