- 比色法
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氯酸镁[Mg(ClO3)2]常用作催熟剂、除草剂等,实验室制备少量Mg(ClO3)2•6H2O的流程如下:
已知:卤块主要成分为MgCl2•6H2O,含有MgSO4、FeCl2等杂质.下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A.卤块主要成分为MgCl2•6H2O,含有MgSO4、FeCl2等杂质,进入KMnO4发生的氧化还原反应只有1个,即亚铁离子与高锰酸根离子的反应,故A错误;
B.卤块中含有杂质硫酸根离子,进入氯化钡的目的是使硫酸根离子与钡离子反应生成硫酸钡沉淀,故B正确;
C.氢氧化镁和氧化镁都属于难溶物,且氢氧化镁的溶解度都小于氢氧化铁,所以也可用Mg(OH)2代替MgO调节溶液的pH,从而沉淀出氢氧化铁,故C正确;
D.在滤液中加NaClO3饱和溶液,发生反应为:MgCl2+2NaClO3═Mg(ClO3)2↓+2NaCl,原理是相同温度下Mg(ClO3)2溶解度比NaClO3小,故D正确;
故选A.
某实验小组利用如下装置(部分固定装置略)制备氮化钙(Ca3N2,易与水反应),并测定其化学式.
(1)连接好实验装置,检查装置的气密性,方法是______;反应过程中末端导管插入试管A的水中,目的是______.
(2)制备氮化钙的操作步骤是:
①打开活塞K并通入N2; ②点燃酒精灯,进行反应;
③反应结束后,先熄灭酒精灯,待______,停止通N2并关闭活塞K;
④拆除装置,取出产物.
(3)数据记录如下:
通过以上数据求算化学式CaxN2,x=______.
(4)上述实验产生误差的原因可能是______(选填编号).
①N2通入不足,反应器中有O2 ②钙与N2未充分反应 ③产物与空气接触
请提出提高该实验准确度的方法______(答一点即可).
正确答案
解:由实验流程可知,通过控制活塞K,氮气流入装有钙的硬质试管,在硬质试管中,钙与氮气发生反应,由于钙非常活泼,此反应不能与空气接触,用试管A中的水,对此实验隔绝空气,U形管的作用是防止倒吸;又Ca3N2,易与水反应,设计干燥管防止试管A中的水进入硬质试管;
(1)微热法检验装置的气密性:关闭活塞K,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热,冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,则说明装置气密性良好;若反应过程中末端导管没有插入试管A的水中,会有空气进入反应管,氧化单质钙,生成钙的氧化物,引入杂质,末端导管插入试管A的水中,也便于观察N2流速,
故答案为:关闭活塞K,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热,冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,则说明装置气密性良好;防止反应过程中空气进入反应管,便于观察N2流速;
(2)反应结束后,先熄灭酒精灯,待反应管冷却至室温,停止通N2并关闭活塞K;注意事项:一定要使玻璃管冷却后再停止通入气流,
故答案为:反应管冷却至室温;
(3)要确定X值必须求出钙和氮的原子个数比,分析实验:石英管与钙的质量和空石英管质量差为钙单质的质量,石英管与产物的质量与石英管与钙的质量差为反应的氮元素的质量,据题目给的数据可做如下计算:①(Ca)=(15.080-14.800)g=0.280g,(N)=(15.150-15.080)g=0.070g,
则(Ca):(N)=:
=7:5,由CaxN2知,x:2=7:5,则x=2.8,
故答案为:2.8;
(4)若通入的N2中混有少量O2,则产物中就有可能混有了CaO,而Ca3N2中钙的质量分数为81.08%,CaO中钙的质量分数为71.43%,所以产物中混有了CaO会导致钙的质量分数减小,x的值偏小;若钙与N2未充分反应,生成的Ca3N2中还有没反应的钙,则x值偏大;要想提高该实验准确度,可以进行恒重操作,确定每组数据的准确性,也可以多次平行实验做对比等,
故答案为:①③;进行恒重操作、进行平行实验、严格和规范操作等.
解析
解:由实验流程可知,通过控制活塞K,氮气流入装有钙的硬质试管,在硬质试管中,钙与氮气发生反应,由于钙非常活泼,此反应不能与空气接触,用试管A中的水,对此实验隔绝空气,U形管的作用是防止倒吸;又Ca3N2,易与水反应,设计干燥管防止试管A中的水进入硬质试管;
(1)微热法检验装置的气密性:关闭活塞K,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热,冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,则说明装置气密性良好;若反应过程中末端导管没有插入试管A的水中,会有空气进入反应管,氧化单质钙,生成钙的氧化物,引入杂质,末端导管插入试管A的水中,也便于观察N2流速,
故答案为:关闭活塞K,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热,冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,则说明装置气密性良好;防止反应过程中空气进入反应管,便于观察N2流速;
(2)反应结束后,先熄灭酒精灯,待反应管冷却至室温,停止通N2并关闭活塞K;注意事项:一定要使玻璃管冷却后再停止通入气流,
故答案为:反应管冷却至室温;
(3)要确定X值必须求出钙和氮的原子个数比,分析实验:石英管与钙的质量和空石英管质量差为钙单质的质量,石英管与产物的质量与石英管与钙的质量差为反应的氮元素的质量,据题目给的数据可做如下计算:①(Ca)=(15.080-14.800)g=0.280g,(N)=(15.150-15.080)g=0.070g,
则(Ca):(N)=:
=7:5,由CaxN2知,x:2=7:5,则x=2.8,
故答案为:2.8;
(4)若通入的N2中混有少量O2,则产物中就有可能混有了CaO,而Ca3N2中钙的质量分数为81.08%,CaO中钙的质量分数为71.43%,所以产物中混有了CaO会导致钙的质量分数减小,x的值偏小;若钙与N2未充分反应,生成的Ca3N2中还有没反应的钙,则x值偏大;要想提高该实验准确度,可以进行恒重操作,确定每组数据的准确性,也可以多次平行实验做对比等,
故答案为:①③;进行恒重操作、进行平行实验、严格和规范操作等.
SnSO4是一种重要的硫酸盐,在工业生产中有着广泛的应用.其制备路线如图:
已知:在酸性条件下,溶液中的Sn2+可被空气中的氧气氧化成Sn4+;SnCl2能水解生成碱式氯化亚锡[Sn(OH)Cl].
(1)写出物质A的名称:______.
(2)SnCl2用盐酸而不用水溶解的原因是______(用化学方程式表示).
(3)锡粉的作用是除去酸溶时产生的少量Sn4+,请写出产生Sn4+的离子方程式:______.
(4)反应Ⅰ生成的沉淀为SnO,写出该反应的化学方程式:______.该反应的温度需要控制在75℃左右的原因是______.
(5)实验室中“漂洗”沉淀的实验操作方法是______.
正确答案
解:SnCl2先用盐酸溶解,后又加了锡粉主要是防止在溶解时水解和被空气中氧气氧化,在过滤出锡粉,得到SnCl2溶液在反应Ⅰ与碳酸氢铵反应生成SnO、氯化铵、二氧化碳和水,再过滤得到SnO沉淀,经过漂洗除去表面的杂质离子,再在反应Ⅱ中与硫酸反应生成SnSO4,进一步提炼最终得到SnSO4晶体,据此分析;
(1)由(4)反应Ⅰ生成的沉淀为SnO,所以反应Ⅱ即SnO与A反应生成SnSO4,故A为硫酸,故答案为:硫酸;
(2)SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡,存在平衡Sn Cl2+H2O⇌Sn(OH)Cl+HCl,加入盐酸,使该平衡向左移动,抑制Sn2+水解;故答案是:SnCl2+H2O⇌Sn(OH)Cl+HCl;
(3)酸性条件下,SnCl2可以被空气中的氧气氧化,将Sn2+氧化为Sn4+,自身被还原为水,离子方程式为:2Sn2++O2+4H+═2Sn4++2H2O,
故答案为:2Sn2++O2+4H+═2Sn4++2H2O;
(4)反应Ⅰ得到沉淀是SnO,Sn元素化合价没有变化,属于非氧化还原反应,同时生成气体,该气体为二氧化碳,化学方程式为:SnCl2+2NH4HCO3═SnO↓+2CO2↑+2NH4Cl+H2O,温度较低时反应速率小,温度较高时碳酸氢铵会分解,故答案为:SnCl2+2NH4HCO3═SnO↓+2CO2↑+2NH4Cl+H2O;温度较低时反应速率小,温度较高时碳酸氢铵会分解;
(5)“漂洗”的方法是:(沿玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀,(静置)待水全部流出后,重复操作2~3次;故答案为:(沿玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀,(静置)待水全部流出后,重复操作2~3次;
解析
解:SnCl2先用盐酸溶解,后又加了锡粉主要是防止在溶解时水解和被空气中氧气氧化,在过滤出锡粉,得到SnCl2溶液在反应Ⅰ与碳酸氢铵反应生成SnO、氯化铵、二氧化碳和水,再过滤得到SnO沉淀,经过漂洗除去表面的杂质离子,再在反应Ⅱ中与硫酸反应生成SnSO4,进一步提炼最终得到SnSO4晶体,据此分析;
(1)由(4)反应Ⅰ生成的沉淀为SnO,所以反应Ⅱ即SnO与A反应生成SnSO4,故A为硫酸,故答案为:硫酸;
(2)SnCl2易水解生成碱式氯化亚锡,存在平衡Sn Cl2+H2O⇌Sn(OH)Cl+HCl,加入盐酸,使该平衡向左移动,抑制Sn2+水解;故答案是:SnCl2+H2O⇌Sn(OH)Cl+HCl;
(3)酸性条件下,SnCl2可以被空气中的氧气氧化,将Sn2+氧化为Sn4+,自身被还原为水,离子方程式为:2Sn2++O2+4H+═2Sn4++2H2O,
故答案为:2Sn2++O2+4H+═2Sn4++2H2O;
(4)反应Ⅰ得到沉淀是SnO,Sn元素化合价没有变化,属于非氧化还原反应,同时生成气体,该气体为二氧化碳,化学方程式为:SnCl2+2NH4HCO3═SnO↓+2CO2↑+2NH4Cl+H2O,温度较低时反应速率小,温度较高时碳酸氢铵会分解,故答案为:SnCl2+2NH4HCO3═SnO↓+2CO2↑+2NH4Cl+H2O;温度较低时反应速率小,温度较高时碳酸氢铵会分解;
(5)“漂洗”的方法是:(沿玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀,(静置)待水全部流出后,重复操作2~3次;故答案为:(沿玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀,(静置)待水全部流出后,重复操作2~3次;
某校化学小组的同学将一批废弃的线路板简单处理后,得到含Cu、Al、Fe及少量Au、Pt等金属的混合物,并设计了如图1制备硫酸铜和硫酸铝晶体的方案:
回答下列问题:
(1)第②步加入H2O2是为了除去Fe2+,该反应的离子方程式为______.
(2)滤渣2的主要成分是Fe(OH)3和Al(OH)3.由滤渣2制取Al2(SO4)3•18H2O实验过程的最后步骤,是由Al2(SO4)3溶液经过加热蒸发、冷却结晶、______(填写所需实验操作的名称),即获得Al2(SO4)3•18H2O晶体.
(3)用第③步所得CuSO4•5H2O可制得Cu(OH)2.化学活动小组为探究Cu(OH)2受热分解产物及产物性质,设计如下实验过程:取0.98g Cu(OH)2固体加热,有铜的氧化物生成,其质量随温度变化如图3所示,产物A、B的化学式分别为______和Cu2O.通过以上实验和图象可以得出如下结论:高温时B______(填“较稳定”或“不稳定”).
活动小组同学还进行了如下实验:
某同学用图2装置进行实验(夹持装置未画出),最终得出的结论是加热时A可将NH3氧化为N2,A被还原为单质Cu.支持此同学结论的现象是______.
正确答案
解:稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热,Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2+、Al3+、Fe2+;所以滤渣1 的成分是Pt和Au,滤液1中的离子是Cu2+、Al3+、Fe2+,第②步加H2O2的作用是把Fe2+氧化为Fe3+,该氧化剂的优点是不引入杂质,产物对环境物污染,调溶液PH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀.所以滤液2的成分是Cu2+,经蒸发结晶可得到CuSO4•5H2O晶体,滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝,在滤渣中加NaOH,和Al(OH)3反应生成NaAlO2,再在滤液中加H2SO4生成Al2(SO4)3,蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体.
(1)步骤②是在碱性条件下H2O2与Fe2+发生氧化还原反应生成Fe3+与OH-,Fe3+与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀,反应为:2Fe2++H2O2+4OH-═2Fe(OH)3,
故答案为:2Fe2++H2O2+4OH-═2Fe(OH)3;
(2)由滤渣2制取Al2(SO4)3•18H2O,在滤渣中加H2SO4,生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3,再加Al粉和Fe2(SO4)3生成Al2(SO4)3,经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可得硫酸铝晶体,所以最后的操作步骤为过滤、洗涤、干燥,
故答案为:过滤、洗涤、干燥;
(3)0.98gCu(OH)2固体物质的量为:0.01mol,依据分解图象分析判断,100°C时氢氧化铜分解产物为0.8g,高温1100°C得到B为0.72g,根据氢氧化铜分解生成氧化铜和水判断,Cu(OH)2CuO+H2O;氧化铜摩尔质量为80g/mol,所以推断A为CuO,B为Cu2O,依据温度图象可知Cu2O比CuO稳定,如CuO在加热条件下发生反应生成Cu和N2,则可观察到硬质玻璃管中黑色固体变成红色,烧杯中导管口部产生气泡,有无色、无味气体生成,
故答案为:CuO;较稳定;硬质玻璃管中黑色固体变成红色,烧杯中导管口部产生气泡,有无色、无味气体生成.
解析
解:稀硫酸、浓硝酸混合酸后加热,Cu、Al、Fe发生反应生成Cu2+、Al3+、Fe2+;所以滤渣1 的成分是Pt和Au,滤液1中的离子是Cu2+、Al3+、Fe2+,第②步加H2O2的作用是把Fe2+氧化为Fe3+,该氧化剂的优点是不引入杂质,产物对环境物污染,调溶液PH的目的是使Fe3+和Al3+形成沉淀.所以滤液2的成分是Cu2+,经蒸发结晶可得到CuSO4•5H2O晶体,滤渣2的成分为氢氧化铁和氢氧化铝,在滤渣中加NaOH,和Al(OH)3反应生成NaAlO2,再在滤液中加H2SO4生成Al2(SO4)3,蒸发、冷却、结晶、过滤可得硫酸铝晶体.
(1)步骤②是在碱性条件下H2O2与Fe2+发生氧化还原反应生成Fe3+与OH-,Fe3+与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀,反应为:2Fe2++H2O2+4OH-═2Fe(OH)3,
故答案为:2Fe2++H2O2+4OH-═2Fe(OH)3;
(2)由滤渣2制取Al2(SO4)3•18H2O,在滤渣中加H2SO4,生成Fe2(SO4)3和Al2(SO4)3,再加Al粉和Fe2(SO4)3生成Al2(SO4)3,经蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥可得硫酸铝晶体,所以最后的操作步骤为过滤、洗涤、干燥,
故答案为:过滤、洗涤、干燥;
(3)0.98gCu(OH)2固体物质的量为:0.01mol,依据分解图象分析判断,100°C时氢氧化铜分解产物为0.8g,高温1100°C得到B为0.72g,根据氢氧化铜分解生成氧化铜和水判断,Cu(OH)2CuO+H2O;氧化铜摩尔质量为80g/mol,所以推断A为CuO,B为Cu2O,依据温度图象可知Cu2O比CuO稳定,如CuO在加热条件下发生反应生成Cu和N2,则可观察到硬质玻璃管中黑色固体变成红色,烧杯中导管口部产生气泡,有无色、无味气体生成,
故答案为:CuO;较稳定;硬质玻璃管中黑色固体变成红色,烧杯中导管口部产生气泡,有无色、无味气体生成.
工业上制备K2FeO4的流程如下:
(1)实验室配制FeSO4溶液时,需加入铁粉和稀硫酸,试说明加稀硫酸原因______.
(2)第一次氧化时,需要控制温度不超过35℃,原因是______.
(3)用饱和KOH溶液结晶的原因是______
(4)洗涤时用乙醚作洗涤剂的原因是______.
(5)控制NaOH的量一定,改变FeSO4•7H2O的投入量时,可以控制产率,假设所有反应均完全时产率最高则n(FeSO4•7H2O):n(NaOH)理论值应为______.
(6)经测定第一、二次氧化时的转化率分别为a和b,结晶时的转化率为c,若要制备d Kg的K2FeO4,则需要FeSO4•7H2O______Kg.(K2FeO4的相对分子质量是198;FeSO4•7H2O的相对分子质量是278;答案用分数表示)
(7)电解法也能制备K2FeO4.用KOH溶液作电解液,在以铁作阳极可以将铁氧化成FeO42-,试写出此时阳极的电极反应式______.
正确答案
解:(1)FeSO4溶液中亚铁离子易被氧化生成铁离子,亚铁离子水解生成氢氧化亚铁,加入铁粉防止氧化,加入硫酸防止水解,实验室配制FeSO4溶液时,需加入铁粉和稀硫酸,加稀硫酸原因是抑制FeSO4的水解,
故答案为:抑制FeSO4的水解;
(2)第一次氧化时,需要控制温度不超过35℃,原因是过氧化氢受热易发生分解失去氧化作用,
故答案为:温度过高H2O2会分解;
(3)上述分析可知用饱和KOH溶液提供钾离子结晶析出高铁酸钾晶体,用饱和KOH溶液结晶的原因是提供K+离子,
故答案为:提供K+;
(4)高铁酸钾不溶于乙醚,洗涤时用乙醚作洗涤剂的原因是用乙醚作洗涤剂减少产品损失,
故答案为:减少K2FeO4的损失;
(5)反应中Fe3+→FeO42-,铁元素化合价由+3价升高为+6价,化合价总升高3价,ClO-→Cl-,氯元素化合价由+1降低为-1价,化合价总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,故Fe3+系数为2,ClO-系数为3,由铁元素守恒可知 FeO42-系数为2,由氯元素守恒可知Cl-系数为3,根据钠元素守恒可知OH-系数为10,由氢元素守恒可知H2O系数为5,配平离子方程式:3ClO-+2Fe3++10OH-═2FeO42-+3Cl-+5 H2O,假设所有反应均完全时产率最高,假设所有反应均完全时产率最高则n(FeSO4•7H2O):n(NaOH)理论值应为1:5,
故答案为:1:5;
(6)经测定第一、二次氧化时的转化率分别为a和b,结晶时的转化率为c,若要制备d Kg的K2FeO4,元素守恒得到铁元素物质的量Kmol,设需要绿矾质量为xkg,则得到x×abc=
×278
则需要FeSO4•7H2O 质量=kg=
kg,
故答案为:或
;
(7)电解时阳极发生氧化反应,Fe在碱性条件下被氧化为FeO42-,电极反应式为:Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O,
故答案为:Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O.
解析
解:(1)FeSO4溶液中亚铁离子易被氧化生成铁离子,亚铁离子水解生成氢氧化亚铁,加入铁粉防止氧化,加入硫酸防止水解,实验室配制FeSO4溶液时,需加入铁粉和稀硫酸,加稀硫酸原因是抑制FeSO4的水解,
故答案为:抑制FeSO4的水解;
(2)第一次氧化时,需要控制温度不超过35℃,原因是过氧化氢受热易发生分解失去氧化作用,
故答案为:温度过高H2O2会分解;
(3)上述分析可知用饱和KOH溶液提供钾离子结晶析出高铁酸钾晶体,用饱和KOH溶液结晶的原因是提供K+离子,
故答案为:提供K+;
(4)高铁酸钾不溶于乙醚,洗涤时用乙醚作洗涤剂的原因是用乙醚作洗涤剂减少产品损失,
故答案为:减少K2FeO4的损失;
(5)反应中Fe3+→FeO42-,铁元素化合价由+3价升高为+6价,化合价总升高3价,ClO-→Cl-,氯元素化合价由+1降低为-1价,化合价总共降低2价,化合价升降最小公倍数为6,故Fe3+系数为2,ClO-系数为3,由铁元素守恒可知 FeO42-系数为2,由氯元素守恒可知Cl-系数为3,根据钠元素守恒可知OH-系数为10,由氢元素守恒可知H2O系数为5,配平离子方程式:3ClO-+2Fe3++10OH-═2FeO42-+3Cl-+5 H2O,假设所有反应均完全时产率最高,假设所有反应均完全时产率最高则n(FeSO4•7H2O):n(NaOH)理论值应为1:5,
故答案为:1:5;
(6)经测定第一、二次氧化时的转化率分别为a和b,结晶时的转化率为c,若要制备d Kg的K2FeO4,元素守恒得到铁元素物质的量Kmol,设需要绿矾质量为xkg,则得到x×abc=
×278
则需要FeSO4•7H2O 质量=kg=
kg,
故答案为:或
;
(7)电解时阳极发生氧化反应,Fe在碱性条件下被氧化为FeO42-,电极反应式为:Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O,
故答案为:Fe+8OH--6e-=FeO42-+4H2O.
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