- 比色法
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CoCl2•6H2O是一种饲料营养强化剂.一种利用水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]制取CoCl2•6H2O的工艺流程如下:
已知:①浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等;
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表:
(1)写出浸出过程中Co2O3发生反应的离子方程式______.
(2)NaClO3的作用是______.
(3)加Na2CO3调pH至5.2所得沉淀为______.
(4)萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如右图.萃取剂的作用是______;其使用的适宜pH范围是______.
A.2.0~2.5 B.3.0~3.5 C.4.0~4.5
(5)为测定粗产品中CoCl2•6H2O含量,称取一定质量的粗产品溶于水,加入足量AgNO3溶液,过滤、洗涤,将沉淀烘干后称其质量.通过计算发现粗产品中CoCl2•6H2O的质量分数大于100%,其原因可能是______.(答一条即可)
正确答案
解:(1)向水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]
加入盐酸和亚硫酸钠,浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等,所以Co2O3和亚硫酸钠在酸性条件下发生氧化还原,根据电荷守恒和得失电子守恒,反应为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O,
故答案为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O;
(2)加入NaClO3,会发生FeCl2中铁元素的化合价+2→+3,失去电子,NaClO3中氯元素的化合价由+5→-1价,得到电子,所以NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+,
故答案为:将Fe2+氧化成Fe3+;
(3)加Na2CO3调pH至5.2,铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳,水解的离子方程式为:2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑;铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁和二氧化碳,水解的离子方程式为:2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑;
故答案为:Fe(OH)3、Al(OH)3;
(4)根据流程图可知,此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子,由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知
调节溶液PH在3.0~3.5之间,可使Mn2+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀,
故答案为:除去溶液中的Mn2+;B;
(5)根据CoCl2•6H2O的组成分析,造成产品中CoCl2•6H2O的质量分数大于100%的原因可能是:1、含有杂质,导致氯离子含量大,2、结晶水化物失去部分水,导致相同质量的固体中氯离子含量变大,
故答案为:粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水.
解析
解:(1)向水钴矿[主要成分为Co2O3、Co(OH)3,还含少量Fe2O3、Al2O3、MnO等]
加入盐酸和亚硫酸钠,浸出液含有的阳离子主要有H+、Co2+、Fe2+、Mn2+、Al3+等,所以Co2O3和亚硫酸钠在酸性条件下发生氧化还原,根据电荷守恒和得失电子守恒,反应为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O,
故答案为:Co2O3+SO32-+4H+=2Co2++SO42-+2H2O;
(2)加入NaClO3,会发生FeCl2中铁元素的化合价+2→+3,失去电子,NaClO3中氯元素的化合价由+5→-1价,得到电子,所以NaClO3的作用是将Fe2+氧化成Fe3+,
故答案为:将Fe2+氧化成Fe3+;
(3)加Na2CO3调pH至5.2,铝离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铝和二氧化碳,水解的离子方程式为:2Al3++3CO32-+3H2O=2Al(OH)3↓+3CO2↑;铁离子能与碳酸根离子发生双水解生成氢氧化铁和二氧化碳,水解的离子方程式为:2Fe3++3CO32-+3H2O=2Fe(OH)3↓+3CO2↑;
故答案为:Fe(OH)3、Al(OH)3;
(4)根据流程图可知,此时溶液中存在Mn2+、Co2+金属离子,由萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系可知
调节溶液PH在3.0~3.5之间,可使Mn2+完全沉淀,并防止Co2+转化为Co(OH)2沉淀,
故答案为:除去溶液中的Mn2+;B;
(5)根据CoCl2•6H2O的组成分析,造成产品中CoCl2•6H2O的质量分数大于100%的原因可能是:1、含有杂质,导致氯离子含量大,2、结晶水化物失去部分水,导致相同质量的固体中氯离子含量变大,
故答案为:粗产品含有可溶性氯化物或晶体失去了部分结晶水.
亚氯酸钠(NaClO2)主要用于棉纺、造纸业的漂白剂,也用于食品消毒、水处理等,亚氯酸钠受热易分解.以氯酸钠等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下:
(1)提高“反应1”反应速率的措施有______、______等.
(2)“反应2”的氧化剂是______,该反应的化学方程式为:______.
(3)采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”,原因是______.
(4)从“母液”中可回收的主要物质是______.
(5)“冷却结晶”后经______ (填操作名称)即可获得粗产品.
正确答案
解:(1)对于气体和液体的反应,为提高反应速率,可适当升高反应温度;增大吸收液浓度,增大SO2与吸收液的接触面积,
故答案为:适当升高反应温度;增大吸收液浓度等;
(2)具有氧化性,根据生成NaClO2目标物的特点可知,反应的方程式为H2O2+2ClO2+2NaOH=2NaClO2+2H2O+O2,反应中Cl元素的化合价降低,则ClO2为氧化剂,
故答案为:ClO2;H2O2+2ClO2+2NaOH=2NaClO2+2H2O+O2;
(3)减压蒸发在较低温度下可进行,防止常压蒸发温度过高,亚硫酸钠容易分解,
故答案为:常压蒸发温度过高,亚硫酸钠容易分解;
(4)氯酸钠与二氧化硫在酸性条件下发生氧化还原反应生成ClO2和Na2SO4,则母液中应含有Na2SO4,
故答案为:Na2SO4;
(5)冷却结晶后要分离出固体,应用过滤的方法,故答案为:过滤.
解析
解:(1)对于气体和液体的反应,为提高反应速率,可适当升高反应温度;增大吸收液浓度,增大SO2与吸收液的接触面积,
故答案为:适当升高反应温度;增大吸收液浓度等;
(2)具有氧化性,根据生成NaClO2目标物的特点可知,反应的方程式为H2O2+2ClO2+2NaOH=2NaClO2+2H2O+O2,反应中Cl元素的化合价降低,则ClO2为氧化剂,
故答案为:ClO2;H2O2+2ClO2+2NaOH=2NaClO2+2H2O+O2;
(3)减压蒸发在较低温度下可进行,防止常压蒸发温度过高,亚硫酸钠容易分解,
故答案为:常压蒸发温度过高,亚硫酸钠容易分解;
(4)氯酸钠与二氧化硫在酸性条件下发生氧化还原反应生成ClO2和Na2SO4,则母液中应含有Na2SO4,
故答案为:Na2SO4;
(5)冷却结晶后要分离出固体,应用过滤的方法,故答案为:过滤.
利用生产钛白的副产品绿矾(FeSO4•7H2O)制备还原铁粉的步骤如下:将绿矾溶于稀硫酸溶液,向其中滴加(NH4)2CO3溶液,得到FeCO3•nH2O沉淀,静置,过滤,洗涤,干燥,再将FeCO3与煤粉一起焙烧,最终制得还原铁粉.涉及的主要反应有:
FeCO3FeO+CO2,C+CO2
2CO,CO+FeO
Fe+CO2,
(1)用稀硫酸代替水溶解绿矾的原因是______.
(2)证明沉淀已经洗涤干净的方法是______.
(3)干燥过程中少量FeCO3•nH2O被氧化为FeOOH,反应方程式为:______.
(4)沉淀中仍含少量硫酸盐,在焙烧过程中需加入CaCO3进行脱硫处理,下图为加CaCO3和不加CaCO3对还原铁粉的产率的影响,根据图象分析,CaCO3的另一作用为______.
正确答案
解:(1)硫酸亚铁是强酸弱碱盐,易水解而使其溶液呈酸性,向溶液中加入酸能抑制亚铁离子水解,所以用稀硫酸代替水溶解绿矾,
故答案为:抑制Fe2+水解;
(2)FeCO3•nH2O沉淀易吸收硫酸根离子,硫酸根离子能和钡离子反应生成白色沉淀,如果沉淀已经洗涤干净,则其洗涤液中不含硫酸根离子,其检验方法是:取少量最后一次洗涤液于试管,滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,表明沉淀已洗涤干净,
故答案为:取少量最后一次洗涤液于试管,滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,表明沉淀已洗涤干净;
(3)FeCO3•nH2O易被氧气氧化为FeOOH,同时生成二氧化碳和水,反应方程式为:4FeCO3•nH2O+O2=4FeOOH+4CO2↑+(4n-2)H2O,
故答案为:4FeCO3•nH2O+O2=4FeOOH+4CO2↑+(4n-2)H2O;
(4)高温下,碳酸钙分解生成二氧化碳,二氧化碳能被碳还原生成一氧化碳,所以加入碳酸钙能增加一氧化碳的含量,则还原铁粉的产率增大,
故答案为:分解产生CO2与C反应生成还原剂CO.
解析
解:(1)硫酸亚铁是强酸弱碱盐,易水解而使其溶液呈酸性,向溶液中加入酸能抑制亚铁离子水解,所以用稀硫酸代替水溶解绿矾,
故答案为:抑制Fe2+水解;
(2)FeCO3•nH2O沉淀易吸收硫酸根离子,硫酸根离子能和钡离子反应生成白色沉淀,如果沉淀已经洗涤干净,则其洗涤液中不含硫酸根离子,其检验方法是:取少量最后一次洗涤液于试管,滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,表明沉淀已洗涤干净,
故答案为:取少量最后一次洗涤液于试管,滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀产生,表明沉淀已洗涤干净;
(3)FeCO3•nH2O易被氧气氧化为FeOOH,同时生成二氧化碳和水,反应方程式为:4FeCO3•nH2O+O2=4FeOOH+4CO2↑+(4n-2)H2O,
故答案为:4FeCO3•nH2O+O2=4FeOOH+4CO2↑+(4n-2)H2O;
(4)高温下,碳酸钙分解生成二氧化碳,二氧化碳能被碳还原生成一氧化碳,所以加入碳酸钙能增加一氧化碳的含量,则还原铁粉的产率增大,
故答案为:分解产生CO2与C反应生成还原剂CO.
溴苯是一种化工原料,实验室合成溴苯的装置示意图及有关数据如下:
按以下步骤回答问题:
(1)在a中加入15mL无水苯和少量铁屑.在b中小心加入4.0mL液态溴.向a中滴入几滴溴,a中液体立即沸腾,并有红棕色蒸气出现;a中发生反应的化学方程式为:______;继续滴加至液溴滴完.仪器a的名称是______;装置d中的作用是______.仪器c为冷凝管,其进水口为______(填“上”或“下”)口.
(2)液溴滴完后,经过下列步骤分离提纯:
①向a中加入10mL水,然后过滤除去未反应的铁屑;
②滤液依次用10mL水、8mL 10%的NaOH溶液、10mL水洗涤.NaOH溶液洗涤的作用是______;
③向分出的粗溴苯中加入少量的无水氯化钙,静置、过滤.加入氯化钙的目的是______.
(3)经过上述分离操作后,粗溴苯中还含有的主要杂质为______,要进一步提纯,下列操作中必须的是______.
A.重结晶 B.过滤 C.蒸馏 D.萃取.
正确答案
解:(1)在三颈烧瓶内发生的反应是2Fe+3Br2═2FeBr3 ,反应放热,且苯与液溴易挥发,发提高原料的利用率,用冷凝管冷却蒸汽并回流到三颈烧瓶内,冷却水的流向是低进高出,尾气中有HBr及挥发出的Br2,用氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气,故答案为:2Fe+3Br2═2FeBr3
;三颈烧瓶;吸收HBr气体;下;
(2)溴苯提纯的方法是:先水洗,把可溶物溶解在水中,然后过滤除去未反应的铁屑,再加NaOH溶液,把未反应的Br2变成NaBr和NaBrO洗到水中.然后加干燥剂,无水氯化钙能吸收水分,干燥溴苯,故答案为:除去HBr和未反应的Br2;吸收其中的水分;
(3)反应后得到的溴苯中溶有少量未反应的苯.利用沸点不同,苯的沸点小,被蒸馏出,溴苯留在母液中,所以采取蒸馏的方法分离溴苯与苯,故答案为:苯;C.
解析
解:(1)在三颈烧瓶内发生的反应是2Fe+3Br2═2FeBr3 ,反应放热,且苯与液溴易挥发,发提高原料的利用率,用冷凝管冷却蒸汽并回流到三颈烧瓶内,冷却水的流向是低进高出,尾气中有HBr及挥发出的Br2,用氢氧化钠溶液吸收,防止污染大气,故答案为:2Fe+3Br2═2FeBr3
;三颈烧瓶;吸收HBr气体;下;
(2)溴苯提纯的方法是:先水洗,把可溶物溶解在水中,然后过滤除去未反应的铁屑,再加NaOH溶液,把未反应的Br2变成NaBr和NaBrO洗到水中.然后加干燥剂,无水氯化钙能吸收水分,干燥溴苯,故答案为:除去HBr和未反应的Br2;吸收其中的水分;
(3)反应后得到的溴苯中溶有少量未反应的苯.利用沸点不同,苯的沸点小,被蒸馏出,溴苯留在母液中,所以采取蒸馏的方法分离溴苯与苯,故答案为:苯;C.
工业上用闪锌矿(主要成分为ZnS,还含有Fe2O3等杂质)为原料生产ZnSO4•7H2O的工艺流程如下:
(1)“浸取”步骤中,为了提高反应速率,可以采取的措施是______.
(2)加入铁屑时发生反应的化学方程式为______.
(3)通入空气“除铁”属于______反应.(填“氧化还原”或“非氧化还原”)
(4)该过程中在通入空气的入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置,其目的是______.
(5)置换法除重金属离子所用物质C为______.
正确答案
解:闪锌矿(主要成分为ZnS,还含有CdS、Fe2O3等杂质)中加硫酸和Fe2(SO4)3,硫酸铁具有氧化性和硫化锌发生氧化还原反应生成淡黄色非金属单质硫,CdS、Fe2O3溶于硫酸形成离子,过滤,得到的滤渣为S,滤液中加Fe,三价铁离子被还原为亚铁离子,浓缩结晶得到FeSO4•7H2O,再通空气除去剩余的Fe,再加人还原剂把Cd2+还原为单质,过滤,蒸发浓缩滤液得到ZnSO4•7H2O,
(1)搅拌固体和液体的混合物,升高温度、增大浓度等,可加快反应速率,所以为了提高浸取率可采取的措施有加热或搅拌或增大硫酸浓度等;
故答案为:加热或搅拌或增大硫酸浓度等;
(2)加入铁粉后,剩余的硫酸铁、硫酸都能够与铁发生反应,反应的化学方程式为:Fe2(SO4)3+Fe=FeSO4、Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑,
故答案为:Fe2(SO4)3+Fe=FeSO4、Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑;
(3)除铁过程是利用空气中氧气氧化亚铁离子生成FeOOH,反应的两种方程式为:4Fe2++O2+6H2O=4FeOOH+8H+,该反应为氧化还原反应,
故答案为:氧化还原;
(4)在空气入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置是为了增大与空气的接触面积增大反应速率,
故答案为:加快反应速率;
(5)制备实验方案是制取ZnSO4•7H2O,依据除杂不能引入新的杂质,Cd的金属活动性介于Zn和Fe之间,所以加入锌可以置换镉,
故答案为:Zn.
解析
解:闪锌矿(主要成分为ZnS,还含有CdS、Fe2O3等杂质)中加硫酸和Fe2(SO4)3,硫酸铁具有氧化性和硫化锌发生氧化还原反应生成淡黄色非金属单质硫,CdS、Fe2O3溶于硫酸形成离子,过滤,得到的滤渣为S,滤液中加Fe,三价铁离子被还原为亚铁离子,浓缩结晶得到FeSO4•7H2O,再通空气除去剩余的Fe,再加人还原剂把Cd2+还原为单质,过滤,蒸发浓缩滤液得到ZnSO4•7H2O,
(1)搅拌固体和液体的混合物,升高温度、增大浓度等,可加快反应速率,所以为了提高浸取率可采取的措施有加热或搅拌或增大硫酸浓度等;
故答案为:加热或搅拌或增大硫酸浓度等;
(2)加入铁粉后,剩余的硫酸铁、硫酸都能够与铁发生反应,反应的化学方程式为:Fe2(SO4)3+Fe=FeSO4、Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑,
故答案为:Fe2(SO4)3+Fe=FeSO4、Fe+H2SO4═FeSO4+H2↑;
(3)除铁过程是利用空气中氧气氧化亚铁离子生成FeOOH,反应的两种方程式为:4Fe2++O2+6H2O=4FeOOH+8H+,该反应为氧化还原反应,
故答案为:氧化还原;
(4)在空气入口处设计了一个类似淋浴喷头的装置是为了增大与空气的接触面积增大反应速率,
故答案为:加快反应速率;
(5)制备实验方案是制取ZnSO4•7H2O,依据除杂不能引入新的杂质,Cd的金属活动性介于Zn和Fe之间,所以加入锌可以置换镉,
故答案为:Zn.
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