- 离子的检验
- 共4052题
单质铜及其化合物一般都具有特殊的颜色，如
某学校学习小组甲为检测实验室用H2还原CuO所得红色固体中是否含有Cu2O，进行了认真的研究。
Ⅰ.查阅资料得出下列信息：
①Cu2O属于碱性氧化物；
②高温灼烧CuO生成Cu2O；
③Cu2O在酸性条件下能发生反应：Cu2O＋2H＋=Cu＋Cu2＋＋H2O。
Ⅱ.设计实验方案：
方案1：取该红色固体溶于足量的稀硝酸中，观察溶液颜色变化。
方案2：取该红色固体溶于足量的稀硫酸中，观察溶液是否呈蓝色。
方案3：称得干燥坩埚的质量为a g，取红色固体置于坩埚中称得总质量为b g，在空气中高温灼烧至质量恒定，称得最后总质量为c g。
（1）写出Cu2O与稀硝酸反应的化学方程式：_______________________。
（2）请你评价方案1和方案2的合理性，并简述理由：
方案1：_______________________。
方案2：_______________________。
（3）方案3中，若确认红色固体中含有Cu2O，则a、b、c的关系为________，在该实验方案中最少应进行________次称量。
Ⅲ.学习小组乙设计了新的探究方案，拟根据干燥管中无水硫酸铜是否变蓝判断红色固体中是否含有Cu2O，装置如图所示。
（4）该探究方案中检验气体发生装置气密性的方法为________（说明操作方法、现象和结论）。
（5）为确保探究的科学、合理和安全，你认为实验中还应采取的措施有____（填序号）。
A．在氢气发生装置与硬质玻璃管之间增加一个干燥装置
B．加热前先排尽装置中的空气
C．在盛有无水硫酸铜的干燥管后再连接一个装有碱石灰的干燥管
正确答案
（1）3Cu2O＋14HNO3=6Cu（NO3）2＋2NO↑＋7H2O
（2）不合理，因为铜和氧化亚铜均可溶于稀硝酸形成蓝色溶液
合理，因为氧化亚铜可与稀硫酸反应生成Cu和Cu2＋，导致溶液呈蓝色
（3）8c＜9b－a 4
（4）关闭导气管上的活塞，从分液漏斗往试管中注水，使漏斗中的液面高于试管中的液面，静置一段时间后液面差不变，说明气体发生装置气密性良好
（5）ABC
该题实际上给出了四种方案，方案1中因硝酸具有氧化性，所以无法区分溶液中的Cu2＋是来自于Cu还是Cu2O；方案2中因稀硫酸无强氧化性，所以通过观察溶液是否显蓝色可以判断红色固体中是否含有Cu2O；方案3是通过定量分析的方法来进行判断的，原理是4Cu＋O2
为了预防碘缺乏症，国家规定每千克食盐中应含40～50mg碘酸钾。碘酸钾晶体有较高的稳定性，但在酸性溶液中，碘酸钾是一种较强的氧化剂，能跟某些还原剂作用生成碘；在碱性溶液中，碘酸钾能被氯气、次氯酸等强氧化剂氧化为更高价的碘的含氧酸盐。
【问题1】工业生产碘酸钾的流程如下：
（1）碘、氯酸钾和水混合后的反应为（未配平）：I2＋KClO3＋H2O→KH(IO3)2＋KCl＋Cl2↑。该方程式配平时，系数有多组，原因是 。
（2）X的化学式为 ；写出用试剂X调节pH的化学方程式： 。
（3）生产中，如果省去“酸化”、“逐氯”、“结晶①、过滤”这三步操作，直接用试剂X调整反应后溶液的pH，对生产碘酸钾有什么具体影响？ 。
【问题2】已知：KIO3＋5KI＋3H2SO4→3K2SO4＋3I2＋3H2O； I2＋2S2O32－→2I－＋S4O62－。
（4）检验加碘食盐中的碘元素，学生甲利用碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生反应。用四氯化碳检验碘单质时，看到的明显现象有 。
（5）测定加碘食盐中碘的含量，学生乙设计的实验步骤如下：
a．准确称取w g食盐，加适量蒸馏水使其完全溶解；
b．用稀硫酸酸化所得溶液，加入过量KI溶液，使KIO3与KI反应完全；
c．以淀粉为指示剂，加入物质的量浓度为2.0×10－3mol·L－1的Na2S2O3溶液10.0mL恰好反应。
则加碘食盐样品中的碘元素含量是 mg/kg（以含w的代数式表示）。
（6）学生丙又对纯净的NaCl（不含KIO3）进行了下列实验：
①推测实验中产生蓝色现象的可能原因，用离子方程式表示 。
②根据学生丙的实验结果，请对学生乙的实验结果作出简要评价： 。
正确答案
（1）有两种还原产物生成。
（2）KOH； KH(IO3)2＋KOH=2KIO3＋H2O
（3）反应产生的氯气跟KOH反应生成KClO， KClO能将KIO3氧化成KIO4从而不能得到碘酸钾。
（4）液体分层，下层液体呈现紫红色。
（5）1270/3W或 (423.33/W)。
（6）①4I－+4H++O2→2I2+2H2O；② 因加入了过量KI溶液，乙实验结果会偏大。
试题分析：
（1）碘、氯酸钾和水混合后的反应为（未配平）：I2＋KClO3＋H2O→KH(IO3)2＋KCl＋Cl2↑。该反应是氧化还原反应，由于在氧化还原反应中电子转移数目相等，而有两种还原产物生成。它们相对量的多少不同，配平时的系数就不同。因此在该方程式配平时，系数有多组。
（2）晶体①为KH(IO3)2,把晶体从溶液中过滤出来，洗涤干净，然后用水溶解得到KH(IO3)2的溶液，要把酸式盐变为正盐KIO3，就要加碱来调节溶液的pH值。为了不引入新的杂质，所以要用KOH。该反应的方程式为KH(IO3)2＋KOH=2KIO3＋H2O
（3）反应I2＋KClO3＋H2O→KH(IO3)2＋KCl＋Cl2↑产生的氯气跟KOH反应生成KClO， KClO能将KIO3氧化成KIO4从而不能得到碘酸钾。导致操作失败，前功尽弃。
（4）检验加碘食盐中的碘元素，学生甲利用碘酸钾与碘化钾在酸性条件下发生反应KIO3＋5KI＋3H2SO4→3K2SO4＋3I2＋3H2O。由于I2容易溶解在四氯化碳而不容易溶解在水中，水与四氯化碳互不相溶，CCl4的密度比水大，I2溶解在CCl4中而使溶液呈紫色.所以用四氯化碳检验碘单质时，看到的明显现象有液体分层，下层液体呈现紫红色。
（5）由方程式得关系式：KIO3～3I2～6S2O32－.n(S2O32－)=2.0×10－3mol/L×0.010L=2.0×10－5mol.所以n(KIO3)= 2.0×10－5mol÷6=1/3×10－5mol.m(I)= (1/3×10－5mol)×127g/mol=127/3×10－5g=127/3×10－2mg.所以在该加碘食盐中碘的含量为m(I)÷m(总)= 127/3×10－2mg÷W×10-3kg=1270/3W mg/kg。
（6）① 该食盐中无KIO3，而实验中产生蓝色现象的可能是空气中的氧气在酸性条件下把I-氧化为I2单质。4KI+2H2SO4＋O2=2K2SO4＋3I2＋3H2O。碘单质遇淀粉变蓝色。该反应的离子方程式为4I－+4H+ +O2=2I2+2H2O。②乙的实验中加入过量KI溶液，根据学生丙的实验结果，可知空气中的氧气也会导致产生一部分的碘单质。所以学生乙的实验结果比真实值会偏大。
废旧碱性锌锰干电池内部的黑色物质A主要含有MnO2、NH4CI、ZnCI2，还有少量的FeCI2和炭粉，用A制备高纯MnCO3，的流程图如下。
（1）碱性锌锰干电池的负极材料是_________(填化学式)。
（2）第Ⅱ步操作的目的是________________________。
（3）第Ⅳ步操作是对滤液a进行深度除杂，除去Zn2+的离子方程式为____________________。 (已知：Ksp(MnS)=2.5×10-13，Ksp(ZnS)=1.6×10-24)
（4）为选择试剂X，在相同条件下，分别用5 g黑色物质M进行制备MnSO4的实验，得到数据如右表：
①试剂x的最佳选择是_________。
②第Ⅲ步中用选出的最佳试剂X与M的
主要成分反应的化学方程式为_________。
（5）第V步系列操作可按以下流程进行：
已知：MaCO3难溶于水和乙醇，潮湿时易被空气氧化，100℃开始分解；Mn(OH) 2开
始沉淀时pH为7.7。请补充完成以下操作：
操作1：___________________；操作2：过滤，用少量水洗涤2～3次
操作3：检测滤液，表明SO
操作5：低温烘干。
正确答案
（1）Zn
（2）除去碳和氯化铵
（3）Zn2++MnS= Zn2++MnS+Mn2+
（4）①30%过氧化氢 ②MnO2+H2O2+H2SO4= MnSO4+2H2O+O2↑
（5）加入碳酸钠，控制pH小于7.7
用少量无水乙醇洗涤2——3次
试题分析：（1）锌是活泼金属，电池反应中失去电子为负极；（2）加热灼烧碳生成二氧化碳除去，氯化铵分解除去，所以加热的目的是除去碳和氯化铵；（3）该反应是沉淀的转化，沉淀向溶度积小的物质转化，根据溶度积常数MnS不溶， ZnS更难溶；（4）①相同量的M实验4制备得到MnSO4的量最多，所以选用双氧水实验效果做好；②二氧化锰生成硫酸锰，化合价降低为氧化剂，所以双氧水为还原剂产物为氧气，MnO2+H2O2+H2SO4= MnSO4+2H2O+O2↑;（5）反应是制备碳酸锰，所以应加入碳酸钠等可溶性碳酸盐或碳酸氢盐，并调节pH小于7.7（防止生成氢氧化锰），生成碳酸锰，用水洗涤后沉淀表面有水在干燥时易被空气氧化，沉淀不溶于乙醇，且乙醇易挥发易于干燥，所以采用乙醇冲洗除去沉淀表面的水，一般操作2——3次。
硼镁泥是一种工业废料，主要成份是MgO（占40%），还有CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等杂质。以硼镁泥为原料制取的硫酸镁，可用于印染、造纸、医药等工业。从硼镁泥中提取MgSO4·7H2O的流程如下：
根据题意回答下列问题：
（1）在酸解过程中，想加快酸解速率，请提出两种可行的措施__________、______________。
（2）滤渣的主要成份除含有Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2外，还有 。
（3）加入的NaClO可与Mn2+反应产生MnO2沉淀，该反应的离子方程式是 。在调节pH、发生水解之前，还有一种离子也会被NaClO氧化，该反应的离子方程式为 。
（4）如何检验滤液中Fe3+是否被除尽，简述检验操作 。
（5）已知MgSO4、CaSO4的溶解度如下表：
“除钙”是将MgSO4和CaSO4混合溶液中的CaSO4除去，根据上表数据，简要说明除钙的操作步骤 、 。
（6）现有l．60 t硼镁泥，生产MgSO4·7H2O，若生产过程的产率为50％，则能生产出MgSO4·7H2O产品 t (计算结果保留三位有效数字)。(H:1 O:16 Mg:24 S:32)
正确答案
（1）升温、把硼镁泥粉碎、搅拌等（2分） （2）SiO2（2分）
（3）Mn2+ + ClO- + H2O == MnO2↓ + 2H+ + Cl-（2分） 2Fe2+ + ClO- + 2H+ ="=" 2Fe3+ + Cl- + H2O（2分）
（4）取少量滤液于试管中，向其中几滴硫氰化钾溶液，如果溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3+；如果溶液变红色，说明滤液中含Fe3+。 （3分）
（5）蒸发浓缩（结晶），趁热过滤 （2分） （6）1.97 （3分）
试题分析：（1）此处主要考查反应速率的影响因素，所以要想加快酸溶解速率可以从外因浓度、温度、接触面积等考虑，所以答案可以是升温、把硼镁泥粉碎、搅拌等。
（2）由于该硼镁泥的成分有MgO、CaO、MnO、Fe2O3、FeO、Al2O3、SiO2等物质，所以酸溶后生成的阳离子有Mg2+、Ca2+、Mn2+、Fe3+、Fe2+、Al3+ ，不溶的有SiO2，加入氧化物NaClO后Fe2+ 被氧化为Fe3+，Mn2+ 被氧化为MnO2 ，所以调节pH至5—6，阳离子发生沉淀，生成的沉淀有Fe(OH)3、Al(OH)3，所以滤渣的所有成分为Fe(OH)3、Al(OH)3、MnO2、SiO2 。
（3）加入氧化剂NaClO，Mn2+、Fe2+均能够被其氧化，发生氧化还原反应，根据所给的产物形式，根据氧化还原反应缺项配平法，先把发生化合价变化的离子和物质写出，然后再根据电子得失守恒配平，再用电荷守恒和原子守恒配平所缺物质。所以离子方程式为：Mn2+ + ClO- + H2O == MnO2↓ + 2H+ + Cl-（2分） 2Fe2+ + ClO- + 2H+ ="=" 2Fe3+ + Cl- + H2O。
（4）检验Fe3+ 的方法是加入KSCN，利用显色反应检验，所以可以向溶液中加入硫氰化钾溶液检验溶液中是否存在三价铁离子，方法为：取少量滤液，向其中加入硫氰化钾溶液，如果溶液不变红色，说明滤液中不含Fe3+；如果溶液变红色，说明滤液中含Fe3+。
（5）由温度对硫酸镁、硫酸钙的溶解度影响可看出，温度越高，硫酸钙溶解度越小，可以采用蒸发浓缩，趁热过滤方法除去硫酸钙；操作I”是将滤液继续蒸发浓缩，冷却结晶，再经过过滤，便得到了MgSO4•7H2O，故答案为：蒸发浓缩，趁热过滤；过滤（或过滤洗涤）；
（6）100g硼镁泥中氧化镁的物质的量为：1.6×106g×40%×50%÷40g/mol=8×103mol，根据镁原子守恒，生成MgSO4•7H2O的物质的量为8×103mol，质量为246g/mol×8×103mol=1.968×106g≈1.97t，MgSO4•7H2O的质量为1.97t。
铁酸锌（ZnFe2O4）是对可见光敏感的半导体催化剂，其实验室制备原理为：
Zn2++2Fe2++3C2O42－+6H2O
ZnFe2(C2O4)3·6H2O 
（1）上述制备原理中属于氧化还原反应的是 （选填：“a”或“b”）。
（2）制备ZnFe2(C2O4)3·6H2O时，可选用的药品有：
Ⅰ、(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O，Ⅱ、ZnSO4·7H2O及Ⅲ、(NH4)2C2O4·7H2O。
①称量药品时，必须严格控制n(Fe2+)/n(Zn2+)= 。
②选用的加料方式是 (填字母)。
a．按一定计量比，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ同时加入反应器并加水搅拌，然后升温至75℃。
b．按一定计量比，Ⅰ、Ⅲ同时加入反应器加水配成溶液，然后加入Ⅱ，然后升温到75℃。
c．按一定计量比，将Ⅰ、Ⅱ混合并配成溶液甲，Ⅲ另配成溶液乙，甲、乙同时加热到75℃，然后将乙溶液缓慢加入甲溶液中，并持续搅拌。
（3）从溶液中分离出ZnFe2(C2O4)3·6H2O需过滤、洗涤。已洗涤干净的依据是 _________________。
（4）ZnFe2(C2O4)3·6H2O热分解需用酒精喷灯，还用到的硅酸盐质仪器有： 和 。
（5）某化学课外小组拟用废旧干电池锌皮（含杂质铁），结合下图信息利用实验可提供的试剂制取纯净的ZnSO4溶液。实验中可选用的试剂如下：
a．30%H2O2；
b．新制氯水；
c．1.0 mol·L－1NaOH溶液；
d．3 mol·L-1稀硫酸；
e．纯ZnO粉末；
f．纯锌粉。
实验步骤依次为：①将锌片完全溶于稍过量的3 mol·L－1稀硫酸，加入 （选填字母，下同）；②加入 ；③加热到60℃左右并不断搅拌；④过滤得ZnSO4溶液。其中步骤③加热的主要目的有 。
正确答案
（1）b（2）①2∶1 ②c
（3）取最后一次洗涤滤液，滴入1~2滴盐酸酸化的BaCl2溶液，若不出现白色沉淀，表示沉淀已洗涤干净。
（4）坩埚 泥三角 玻璃棒
（5）a（或ad） e 促进Fe3+水解转化为沉淀并使过量的H2O2分解除去
试题分析：（1）判断反应是否属于氧化还原反应的依据是：分析有无元素化合价变化。反应(a)中无元素化合价变化，不属于氧化还原反应；反应（b）中铁元素的化合价由+2价变为+3价，碳元素的化合价由-3价部分变为+2价，部分变为+4价，属于氧化还原反应；选（b）。
（2）①由化学式ZnFe2(C2O4)3·6H2O知，Zn2+和Fe2+个数比为1:2，所以称量药品时，必须严格控制n(Fe2+)/n(Zn2+)=2∶1；②由反应（a）知，反应温度75℃，为避免草酸锌、草酸亚铁等副产物的生成，先应将反应物温度都加热到75℃，然后再混合，选用的加料方式是：c．按一定计量比，将Ⅰ、Ⅱ混合并配成溶液甲，Ⅲ另配成溶液乙，甲、乙同时加热到75℃，然后将乙溶液缓慢加入甲溶液中，并持续搅拌。
（3）根据题意知，从溶液中分离出ZnFe2(C2O4)3·6H2O中含有NH4+、SO42-等杂质离子，所以判断晶体已洗涤干净的依据可为：取最后一次洗涤滤液，滴入1~2滴盐酸酸化的BaCl2溶液，若不出现白色沉淀，表示已洗涤完全。
（4）ZnFe2(C2O4)3·6H2O热分解实验基本操作为固体的灼烧，用到的仪器有酒精喷灯（或酒精灯）、三脚架、泥三角、坩埚、玻璃棒、坩埚钳等，结合题给要求还用到的硅酸盐质仪器有泥三角、坩埚、玻璃棒。
（5）据题意用废旧干电池锌皮（含杂质铁）制取纯净的ZnSO4溶液实验流程为用硫酸酸溶、除杂。由实验步骤①将锌片完全溶于稍过量的3 mol·L－1稀硫酸发生的反应为Zn + 2H+ = Zn2+ + H2↑、Fe + 2H+=Fe2+ + H2↑，所得溶液中含有杂质离子Fe2+，必须将其除去，结合图像所给信息Zn2+和Fe2+难以分离，必须先将Fe2+氧化为Fe3+再进行分离，为不引进新的杂质，选用30%H2O2作氧化剂；分离Zn2+和Fe3+的方法结合图像可用盐类水解原理通过调节pH的方法进行除杂，为防止引进杂质可用纯ZnO粉末来调节pH，使Fe3+转化为Fe(OH)3沉淀而除去；因盐类水解吸热，H2O2受热易分解，所以步骤③加热的主要目的有促进Fe3+水解转化为沉淀并使过量的H2O2分解除去。
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