- 离子的检验
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(14分)茶是我国人民喜爱的饮品。某校化学兴趣小组的同学设计以下实验来定性检验茶叶中含有钙、铁、铝三种金属元素。
[查阅部分资料]:草酸铵[(NH4)2C2O4]属于弱电解质;草酸钙(CaC2O4)难溶于水;Ca2+、A13+、Fe3+完全沉淀的pH:Ca(OH)2:pH≥13;A1(OH)3:pH≥5.5;Fe(OH)3:pH≥4.1。
试根据上述过程及信息填空:
(1)步骤②加盐酸的作用是 _________________________________________ ;
(2)写出检验Ca2+的离子方程式 ___________________________;
(3)写出沉淀C所含主要物质的化学式 _____________________________;
(4)写出步骤⑧用A试剂生成红色溶液的离子方程式_____________________________;
(5)步骤⑨的作用是 ;
(6)猜测步骤⑩的目的是 _________________________________ ;
(7)已知:2Fe (s)+ 3/2O2 (g)= Fe2O3(s),△H = — Q1 kJ·mol-1
2Al(s) + 3/2O2 (g)= Al 2O3(s),△H = — Q2 kJ·mol-1
则Q1 ___________Q2(填“>”,“<”或“=”)
正确答案
(1)使茶叶灰分中的钙、铁、铝等难溶化合物转化成可溶性氯化物,使Ca2+、Al3+、Fe3+浸出(或使Ca2+、Al3+、Fe3+溶解)
(2)Ca2++(NH4)2C2O4=CaC2O4↓+2NH4+ (3)Fe(OH)3、Al(OH)3
(4)Fe3++3SCNFe(SCN)3 (5)使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀,使之与铝元素分离
(6)检验Al3+(或铝元素)存在 (7)<
这样一条实验流程型的无机推断题经常会提供一些资料卡。资料中出现的内容是在解题过程中不可缺少的,这些知识在教科书上没有介绍过,但是基本原理并不复杂,学生可以通过阅读自学掌握。其中经常包含一些重要的解题信息。
本题给出的资料分为两部分,“草酸铵[(NH4)2C2O4]属于弱电解质;草酸钙[CaC2O4]难溶于水”是对问题(2)给出的信息,便于书写离子方程式时判断[(NH4)2C2O4]和[CaC2O4]均应以化学式出现;而另一部分信息“Ca2+、A13+、Fe3+完全沉淀的pH:Ca(OH)2:pH≥13;A1(OH)3:pH≥5.5;Fe(OH)3:pH≥4.1”则是本题的突破口。
看到这个信息,到框图中寻找调节pH值的操作流程——④⑨,梳理实验是如何将三种金属离子分离开来的。④将pH值调节至6~7,此时铝离子和铁离子均已沉淀完全,而钙离子未沉淀完全,故沉淀C的成份是A1(OH)3和Fe(OH)3,滤液中有钙离子。⑨将pH值调节至4~5,此时铝离子没有沉淀而铁离子沉淀完全。这样这条题目的突破口就已经分析好了,解题思路基本有了眉目。
现有苯甲酸、苯酚溶于乙醇所得的混合液,某同学设计方案分离三种物质,并检验其中的某些离子和物质。
已知:(1)酸性强弱:HCl>苯甲酸>H2CO3>苯酚> HCO3- (2)部分物理参数如下:
供选择试剂:10%氢氧化钠溶液、0.1mol/L盐酸、0.1mol/LNa2CO3、0.1mol/L NaHCO3、浓溴水、生石灰、0.1mol/L FeCl3、0.1mol/L BaCl2、CO2、0.1mol/L溴水、澄清石灰水
(1)分离物质流程如下:
①物质C是_____________,操作IV是_____________。
②操作III发生的主要化学反应方程式_________________ _______________________________。
③混合液2中加入生石灰的原因是_______。
(2)该同学检验混合液1中是否含有苯酚和NaHCO3,以证明酸性的强弱。
(3)称取2.0g苯甲酸和苯酚的混合固体溶于足量乙醇中,滴加足量饱和NaHCO3溶液,测得放出的CO2(标准状况下,不考虑CO2溶于水)为33.6mL ,则苯甲酸的质量分数为_________________________(只列式,不计算),结果为________。(结果保留1位小数)(苯甲酸的相对分子质量为122,苯酚相对分子质量为94)
正确答案
(17分)
①CO2 (2分) 过滤(2分)
②(2分)
③生石灰与混合液2中的水反应,生成氢氧化钙溶液,便于乙醇从混合物中蒸馏出来(意思相同也得分)(2分)
(2)
(3) (2分) 9.2%(2分)
试题分析:(1)①由于酸性强弱:HCl>苯甲酸>H2CO3>苯酚> HCO3-,则苯甲酸和苯酚的乙醇溶液与碳酸钠混合时,苯甲酸与碳酸钠反应,生成苯甲酸钠、二氧化碳和水,苯酚与碳酸钠反应生成苯酚钠和碳酸氢钠,而乙醇与碳酸钠都不反应;读图可得,混合液1的主要成分是苯甲酸钠、苯酚钠、碳酸氢钠、碳酸钠等物质,混合液2的主要成分是乙醇等物质;根据酸性强弱顺序,则物质C是碳酸或二氧化碳气体,苯酚钠与碳酸或二氧化碳和水发生复分解反应,生成苯酚、碳酸氢钠,而苯甲酸钠与碳酸或二氧化碳和水不反应,则混合液3的主要成分是苯甲酸钠和碳酸氢钠等物质;物质D是盐酸或HCl,盐酸与苯甲酸钠发生复分解反应,生成苯甲酸和氯化钠,盐酸与碳酸氢钠发生复分解反应,生成氯化钠、二氧化碳气体和水;由于苯甲酸微溶于水,则盐酸与苯甲酸钠反应容易形成苯甲酸的过饱和溶液时,可以析出苯甲酸晶体,从溶液中分离出苯甲酸晶体的操作IV是过滤;②略;③生石灰为氧化钙,CaO是碱性氧化物,容易与水反应,生成溶沸点较高的氢氧化钙,而乙醇与氧化钙不反应,且乙醇的溶沸点较低,蒸馏时乙醇容易从混合物中分离;(2)由于碳酸钠过量,则混合液1中可能含有苯甲酸钠、苯酚钠、碳酸氢钠、碳酸钠等物质,其中碳酸钠能干扰碳酸氢钠的检验,因此步骤①应先取样,再加入过量0.1mol/L BaCl2,振荡,静置,将碳酸根离子完全沉淀为碳酸钡,排除碳酸根离子对碳酸氢根离子的干扰;根据步骤②中现象和结论逆推,由于碳酸氢根离子在强酸作用下可以变为二氧化碳气体,说明向步骤①的上层清液中滴加足量0.1mol/L盐酸,再将产生的气体通入澄清石灰水中,澄清石灰水变浑浊,说明溶液1中含有碳酸氢根离子;由于步骤2中加入过量盐酸可以将苯酚钠转变为苯酚,因此步骤③需要另取混合液1,由于苯酚遇氯化铁溶液显紫色,苯酚钠遇氯化铁溶液不变色,苯酚遇浓溴水反应生成白色沉淀,苯酚钠遇浓溴水不能产生白色沉淀,因此向样品中加入0.1mol/L FeCl3或浓溴水,振荡,溶液不显紫色(或不出现白色的沉淀),说明混合液1不含有酚羟基或苯酚;(3)先求二氧化碳的物质的量(33.6×10-3/22.4mol),再根据苯甲酸与饱和碳酸氢钠溶液反应中苯甲酸与二氧化碳的系数之比等于物质的量之比求苯甲酸的物质的量(33.6×10-3/22.4mol),然后根据摩尔质量求苯甲酸的质量(33.6×10-3/22.4mol×122g/mol),最后根据混合固体的质量求苯甲酸的质量分数,即[33.6×10-3/22.4mol×122g/mol]÷2.0g×100%=9.15%≈9.2%。
某综合实验小组来自来水厂参观,了解到源水处理成自来水的工艺流程示意图如
下图所示:
提供的试剂:饱和K2CO3溶液、NaOH溶液、Ba(NO3)2溶液、75%的乙醇、生石灰、CCl4、BaCl2溶液
(1)为除去源水中含有Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-等离子,选出a所代表的试剂,按加入的顺序依次为 (只填化学式)。
(2)加入凝聚剂可以除去其中的悬浮固体颗粒,该过程是 (选填下列各项的序号)。
A.只有物理变化,无化学变化
B.只有化学变化,无物理变化
C.既有化学变化,又有物理变化
FeSO4·7H2O是常用的凝聚剂,加入后最终生成红褐色胶状沉淀,则这种胶状沉淀的化学式为 。
(3)通入气体CO2的目的是 和 。
(4)下列物质中,可用来代替气体Cl2的是 (填写序号)。
① ClO2 ② O3 ③ 浓氨水 ④ SO2 ⑤ 浓硫酸
正确答案
(12分,每空2 分)(1)BaCl2;CaO(2分) (2)C (2分)、Fe(OH)3(2分)
(3)除去Ca2+、调节溶液的pH;(4分) (4)① ② (2分,见错不给分)
试题分析:(1)生石灰溶于水生成氢氧化钙,氢氧化钙和镁离子结合生成氢氧化镁白色沉淀,和HCO3-反应生成CO32-,进而生成碳酸钙沉淀,而SO42-能和Ba2+结合生成白色沉淀硫酸钡。又因为过量的Ba2+需要CO32-除去,所以按加入的顺序依次为BaCl2、CaO。
(2)混凝剂能生成具有吸附性能的胶体,该过程是化学变化。水的净化过程是物理变化,所以答案选C。亚铁离子具有还原性,能被氧化生成铁离子,所以红褐色沉淀是氢氧化铁。(3)通入二氧化碳,增大溶液中碳酸根离子浓度,则与钙离子反应生成沉淀,从而除去钙离子,并降低溶液的碱性,调节溶液的酸碱度。
(4)氯气具有强氧化性,能杀菌消毒,则作为Cl2的替代品的物质需具有强氧化性,选项中只有①②④具有强氧化性,但④中浓硫酸具有腐蚀性,不能作为自来水的消毒,则只有①②符合题意,因此答案为①②。
点评:该题紧密联系生活实际,贴近生活,针对性强,属于中等难度的试题,有利于调动学生的学习兴趣和学习积极性。明确净化原理及各物质的性质、发生的化学反应是解答本题的关键。
银氨溶液放久后会产生叠氮化银(AgN3)而引起爆炸,直接排放会污染环境,且造成银资源的浪费。某研究小组设计了从银镜反应后的废液中(含过量的银氨溶液,假设不含单质银)回收银的如下两种实验流程:
(已知:[Ag(NH3)2]+在溶液中存在平衡:[Ag(NH3)2]+Ag++2NH3)
(1)写出甲方案第①步废液与稀HNO3反应的离子方程式 。
(2)甲方案第②步加入的铁粉要过量的目的是 。
甲方案流程可能产生的大气污染物是 。
(3)乙方案若最终得到银粉的质量偏大,排除未洗涤干净的因素,可能的原因是 。
(4)实验室配制银氨溶液的操作过程是 。
(5)已知乙方案第③步反应有H2S气体产生,若最终得到银粉21.6 g,不考虑其他损失,理论上该步需要加入铁粉 g。
正确答案
(1)Ag[(NH3)2]++OH-+3H+=Ag++2NH4++H2O
(2)使溶液中的Ag+全部被还原 NO
(3)铁粉或Ag2S未反应完混于其中
(4)在洗净的试管中,注入1 mL AgNO3溶液,然后逐滴加入氨水,边滴边振荡,直到最初生成的沉淀刚好溶解为止(没有强调“洗净”不算全对,氨水与AgNO3具体浓度不作要求)
(5)5.6
甲方案可解读为:向银氨溶液中加入稀硝酸,使平衡([Ag(NH3)2]+Ag++2NH3)右移,破坏银氨溶液,再加入过量铁粉置换Ag+,最后加入过量稀盐酸溶解过量的铁粉,过滤、洗涤得银粉。但此方案中过量的稀硝酸可能与铁反应生成污染性气体NO。乙方案可解读为:向银氨溶液中加入(NH4)2S使Ag+转化为Ag2S沉淀,获取Ag2S后与浓盐酸、铁粉加热煮沸使发生反应:Ag2S+2HCl+Fe=2Ag+FeCl2+H2S,由方程式看出,要获得0.2 mol Ag,需要加入0.1 mol Fe。
苯甲酸乙酯(C9H10O2)稍有水果气味,用于配制香水香精和人造精油,大量用于食品工业中,也可用作有机合成中间体、溶剂等。其制备方法为:
已知:
*苯甲酸在100 ℃会迅速升华。
实验步骤如下:
a.在100 mL圆底烧瓶中加入12.20 g苯甲酸、25 mL乙醇(过量)、20 mL 环己烷,以及4 mL浓硫酸,混合均匀并加入沸石,按下图所示装好仪器,控制温度在65~70 ℃加热回流2 h。反应时环己烷—乙醇—水会形成“共沸物”(沸点62.6 ℃)蒸馏出来,再利用分水器不断分离除去反应生成的水,回流环己烷和乙醇。
b.反应结束,打开旋塞放出分水器中液体后,关闭旋塞。继续加热,至分水器中收集到的液体不再明显增加,停止加热。
c.将烧瓶内反应液倒入盛有适量水的烧杯中,分批加入Na2CO3至溶液呈中性。
d.用分液漏斗分出有机层,水层用25 mL乙醚萃取分液,然后合并至有机层。加入氯化钙,对粗产物进行蒸馏,低温蒸出乙醚后,继续升温,接收210~213℃的馏分。
e.检验合格,测得产品体积为12.86 mL。
回答下列问题:
(1)①步骤a中使用分水器不断分离除去水的目的是__________________________。
②步骤b中应控制馏分的温度在________。
A.65~70 ℃ B.78~80 ℃ C.85~90 ℃ D.215~220 ℃
③加入乙醇过量的主要原因是____________________________________。
(2)若Na2CO3加入不足,在步骤d蒸馏时,蒸馏烧瓶中可见到白烟生成,产生该现象的原因是_____________________________________________________________________。
(3)关于步骤d中的分液操作叙述正确的是________。
A.水溶液中加入乙醚,转移至分液漏斗中,塞上玻璃塞。将分液漏斗倒转过来,用力振摇
B.振摇几次后需打开分液漏斗下口的玻璃活塞放气
C.经几次振摇并放气后,手持分液漏斗静置待液体分层
D.放出液体时,需将玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔
(4)该实验的产率为________。
正确答案
(1)①有利于平衡不断向正反应方向移动 ②C
③步骤b中分水器中放出的液体中含有乙醇
(2)苯甲酸乙酯中混有未除净的苯甲酸,在受热至100 ℃时发生升华 (3)ABD (4)90%
(1)该反应为可逆反应,除去生成物之一水可使平衡向右移动,有利于苯甲酸乙酯的生成。步骤b中温度应控制在使环己烷和乙醇能挥发至分水器中,通过分水器中液面不再增加判断乙醇已经消耗尽,反应基本完成。步骤b中放出的分水器中的液体中含有乙醇,故乙醇需要过量。
(2)根据题中信息,加入Na2CO3的目的是中和未反应的苯甲酸,使之生成溶于水的苯甲酸钠进入水层而除去,若加入Na2CO3的量少,则剩余苯甲酸,而苯甲酸在100 ℃时升华,产生现象为白烟。
(3)萃取时需要使萃取剂与水层充分接触,故转移至分液漏斗中后需要塞上玻璃塞,将分液漏斗倒转过来,用力振摇,为了防止分液漏斗中气压过大将玻璃塞弹开,需要不断打开玻璃活塞放气;然后置于铁架台上静置、待分层后分液,为了平衡分液漏斗中气压与大气压,分液前需要打开玻璃塞或将玻璃塞上的凹槽对准漏斗口上的小孔。
(4)由乙醇过量,可根据苯甲酸的质量求其理论产量
m=15.0 g
故其产率为:×100%=90%。
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