- 物质的分离和提纯
- 共4370题
某矿抽出的废液中含有大量的K+、Cl－、Br－，还有少量的Ca2+、Mg2+、SO42－。某研究性学习小组拟用这种废液来制取较纯净的氯化钾晶体及液溴（Br2），他们设计了如下流程：
可供试剂a、b的选择试剂：饱和Na2CO3溶液、饱和K2CO3溶液、KO
请根据以上流程，回答相关问题：
⑴试剂a应该选用_______________；
⑵操作①、②、③、④、⑤的名称是_________(填字母)。
⑶欲除去无色液体I中的Ca2+、Mg2+、SO42-离子，选出b所代表的试剂，按滴加顺序依次是 （填化学式）。
⑷调节pH
⑸操作⑤中用到的瓷质仪器名称是 。
正确答案
（12分）
（1）H2O2（2分）
（2）B（2分）
（3）BaCl2、KOH、K2CO3（只要K2CO3在BaCl2之后即可）（2分）
（4）除去溶液中过量的CO32-（2分）；取少量的PH试纸置于玻璃片上，用蘸有待测溶液的玻璃棒点滴在试纸的中部，待试纸变色后，再与标准比色卡比较来确定溶液的pH（3分）
（5）蒸发皿（1分）
略
某研究小组利用工业生产钛白粉产生的废液(含有大量的Fe2＋、H＋、SO42—和少量的Fe3＋、TiO2＋)生产乳酸亚铁，其工艺流程如下：
(1)反应Ⅰ中，铁屑与TiO2＋反应的离子方程式为2TiO2＋＋Fe＋4H＋2Ti3＋＋Fe2＋＋2H2O，该反应的平衡常数表达式为K＝________。
(2)反应Ⅱ需控制反应温度低于35 ℃，其目的是________________，该反应的化学方程式是________________。检验溶液A中是否含Fe2＋的实验操作方法是_________________________________________________________。
(3)已知：FeCO3(s)Fe2＋(aq)＋CO32—(aq)，试用平衡移动原理解释反应Ⅲ中生成乳酸亚铁的原因______________________________________________。
(4)结晶过程必须控制在一定的真空度条件下进行，原因是_______________________________________________________。
正确答案
(1)
(2)防止NH4HCO3分解(或减少Fe2＋的水解)
FeSO4＋2NH4HCO3=FeCO3↓＋H2O＋CO2↑＋(NH4)2SO4 取少量溶液A于试管中，滴入KSCN溶液，无明显现象，再滴入氯水或H2O2，溶液呈血红色，证明有Fe2＋，反之，不含有Fe2＋
(3)CO32—与乳酸反应，其浓度降低，使平衡向右移动，碳酸亚铁溶解得到乳酸亚铁
(4)有利于水的蒸发、防止Fe2＋被氧化
(1)由反应关系可写出反应2TiO2＋＋Fe＋4H＋
SiO2、SO2和CO2都是酸性氧化物，它们的化学性质具有一定的相似性；Mg和Na的化学性质也具有一定相似性。
某兴趣小组用如图所示装置进行Mg与SO2反应的实验。
(1)选择制取SO2的合适试剂________(填编号)。
①浓HCl ②浓H2SO4 ③Na2SO3固体 ④CaSO3固体
(2)上述装置还可优化，优化的方法是________________________________________，装置C中NaOH溶液的作用是___________________________________________________________
(3)甲同学推测Mg与SO2的反应和Mg与CO2的反应相似，则该反应方程式为_________________________________________；
乙同学的推测是：2Mg＋3SO2
已知：MgSO3和MgS都微溶于水，能与盐酸发生复分解反应放出气体；H2S气体通入CuSO4溶液中出现黑色沉淀。
限选试剂：2 mol·L－1盐酸、2 mol·L－1硝酸、蒸馏水、2 mol·L－1 NaOH溶液、品红溶液、澄清石灰水、2 mol·L－1 CuSO4溶液；仪器和用品自选。
根据上述实验探究，能证明甲同学推测正确的操作和预期现象是
_____________________________________________________________。
(4)上述实验需要100 mL 2 mol·L－1的盐酸，配制时选用________(选填10 mL、25 mL、50 mL或100 mL)量筒量取36.5%密度为1.19 g·mL－1的浓盐酸的体积为________mL。
正确答案
(1)②③
(2)在A和B之间增加用浓硫酸干燥的装置 吸收多余的SO2，防止污染环境
(3)2Mg＋SO2
②2 mol·L－1盐酸至过量 品红溶液 固体完全溶解 品红溶液褪色 向反应后所得固体中加过量2 mol·L－1盐酸，固体未完全溶解且品红溶液不褪色
(4)25 mL 16.8 mL
(1)实验室制备SO2常用Na2SO3固体和浓硫酸，如果选择盐酸，则生成的SO2气体中混有HCl气体；如果选择CaSO3，会生成微溶的CaSO4，不利于反应充分进行。(2)实验中的尾气SO2通常用NaOH溶液吸收。(4)量取16.8 mL盐酸应选用25 mL量筒。
辉铜矿石主要含有硫化亚铜(Cu2S)及少量脉石(SiO2)。一种以辉铜矿石为原料制备硝酸铜的工艺流程如下：
（1）写出步骤“还原”中可能发生反应的离子方程式 、 。
（2）回收S过程中温度控制50℃～60℃之间，不宜过高或过低的原因是 、 。
（3）气体NOx与氧气混合后通入水中能生成流程中可循环利用的一种物质，该物质的化学式为 ；向滤液M中加入（或通入）下列 (填字母)物质，得到另一种可循环利用的物质。
a．铁 b．氯气 c．高锰酸钾 d．盐酸
（4）保温除铁过程中加入CuO的目的是 、 ；
（5）过滤③所得到的滤液，加入硝酸后，经操作X、过滤④得到硝酸铜晶体。
硝酸的作用是 ；
操作X是 、 (填操作名称) 。
正确答案
（1）Fe +2Fe3+→3Fe2+ Fe +Cu2+→Cu+Fe2+
（2）温度高苯容易挥发，温度低溶解速率小
（3）HNO3 （1分） b （2分）
（4）调节溶液的pH，使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀
（5）抑制Cu2+的水解（1分） 蒸发浓缩、冷却结晶（2分）
试题分析：（1）辉铜矿与氯化铁溶液反应生成氯化铜、氯化亚铁和单质硫，二氧化硅不反应与单质硫一起形成矿渣，滤液中含有铁离子、铜离子，所以加入铁粉反应的反应有Fe +2Fe3+→3Fe2+ 、Fe +Cu2+→Cu+Fe2+。
（2）苯是有机溶剂，易挥发，所以温度高苯容易挥发，而温度低溶解速率小，因此回收S过程中温度控制50℃～60℃之间，不宜过高或过低。
（3）气体NOx与氧气混合后通入水中能生成硝酸，所以可循环利用的物质化学式为HNO3。滤液M是氯化亚铁，可以再转化为氯化铁而循环利用，所以该试剂应该是氯气，答案选b。
（4）氧化铜是碱性氧化物，能与酸反应调节溶液的pH值，所以氧化铜的作用是调节溶液的pH，使Fe3+完全转化为Fe(OH)3沉淀而析出。
（5）硝酸铜溶液中的铜离子易水解，所以加入硝酸的作用是抑制Cu2+的水解；从溶液中得到硝酸铜晶体的实验操作应该是蒸发浓缩、冷却结晶。
高锰酸钾是中学常用的试剂。工业上用软锰矿制备高锰酸钾流程如下。
（1）写出实验室利用KMnO4分解制取O2的化学方程式
（2）KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂。其消毒原理与下列物质相同的是
（3）在滴定实验中，常用 （填“酸式”或“碱式”）滴定管量取KMnO4溶液。
（4）写出反应①的化学方程式
（5）操作Ⅰ的名称是 ；操作Ⅱ根据KMnO4和K2CO3两物质在 （填
性质）上的差异，采用 （填操作步骤）、趁热过滤得到KMnO4粗晶体。
（6）上述流程中可以循环使用的物质有 、 （写化学式）,鉴于此现用100吨软锰矿（含MnO287.0%），理论上可生产KMnO4晶体 吨（不考虑制备过程中原料的损失）。
正确答案
（1）2KMnO4
（2）AB （各1分，共2分，选错不得分）
（3）酸式 （2分）
（4）3K2MnO4＋2CO2 = 2KMnO4＋2K2CO3＋MnO2（2分）
（5）过滤（1分） 溶解度（1分） 浓缩结晶（1分）
（6）MnO2（1分） KOH（1分） 158（2分）
试题分析：（1）实验室利用KMnO4分解制取O2的化学方程式2KMnO4
（2）KMnO4稀溶液是一种常用的消毒剂，其消毒原理是利用了它的强氧化性。所以与高锰酸钾消毒原理相同的是A、84消毒液，利用了次氯酸的强氧化性，正确；B、双氧水具有强氧化性，正确；C、苯酚是利用了渗透作用使细菌蛋白质变性，错误；D、75%酒精是利用了渗透作用使细菌蛋白质变性，错误，答案选AB。
（3）因为高锰酸钾具有强氧化性，所以用酸式滴定管量取；
（4）根据所给产物，写出反应①的化学方程式3K2MnO4＋2CO2 = 2KMnO4＋2K2CO3＋MnO2
（5）将溶液与固体分离，用过滤的方法，所以操作1为过滤；KMnO4和K2CO3两物质在溶解度上操作差别，K2CO3的溶解度更大，所以利用溶解度的不同，采用浓缩结晶，趁热过滤得到高锰酸钾胶体；
（6）从流程图中可看出，MnO2与KOH开始消耗，后又生成，所以可循环使用；二者循环使用，可认为二氧化锰全部转化为高锰酸钾，即MnO2～KMnO4，软锰矿中MnO2的质量是87吨，所以可生成KMnO4的质量是158吨。
MgSO4•7H2O在医药上常用做泻药，工业上可用氯碱工业中的一次盐泥为原料生产。已知一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分。其主要工艺如下：
用H2SO4调节溶液PH至1~2，H2SO4作用是 。
（2）加NaClO溶液至PH=5~6并加热煮沸5~10分钟，沉淀2中主要含有MnO2和另外两种难溶物，这两种难溶物的化学式分别为 、 ；其中NaClO溶液将MnSO4转化为MnO2的离子方程式为 。
（3）检验滤液Ⅱ中是否含有Fe3+的实验方法是 。
（4）“操作X”是将溶液 、 、过滤洗涤，即得到MgSO4•7H2O晶体。
（5）准确称量制得的样品5g,用200mL水溶解，加入2 mol•L—1的盐酸5mL，在不断搅拌下滴加足量2 mol•L—1 BaCl2溶液，充分反应后，得沉淀4.46g，则样品纯度为 。
正确答案
（1）溶解盐泥变成可溶性硫酸盐，除去Ca2+、SiO32-、CO32-
（2）Fe(OH)3、Al(OH)3 Mn2++ClO-+H2O=MnO2↓+Cl-+2H+
（3）取少量的上层滤液Ⅱ，加热KSCN，观察溶液是否显血红色，若显血红色则有Fe3+，若不显血红色则无Fe3+
（4）蒸发浓缩、冷却结晶
（5）93.5%
试题分析：
（1）H2SO4的作用主要是调节PH，溶解盐泥，除去CO32-，生成硅酸沉淀及CaSO4微溶除去Ca2+及SiO32-
（2）根据沉淀3只有Mg(OH)2所以沉淀2中有Fe(OH)3及Al(OH)3（原因是物质的Ksp不同，Fe3+及Al3+在PH较小时就可以沉淀）；Mn2+被氧化成MnO2沉淀而ClO-被还原成Cl-，再根据溶液显酸性及电荷守恒配出方程式；
（3）检验离子操作过程应该为：取液、加试剂、观察现象、出结论
（5）根据原子守恒，MgSO4.7H2O——BaSO4，算出MgSO4.7H2O的质量[n(BaSO4)=0.019mol，取两位有效数字，由此得到答案为93.5%]
实验室制取乙烯，常因温度过高而使乙醇和浓硫酸反应生成少量的SO2。某同学设计下列实验以确定上述混合气体中含有乙烯和SO2。
（1）I、II、III、IV装置可盛放的试剂是：I： II： III： IV： （请将下列有关试剂的序号填入空格内）。
（2）能说明SO2气体存在的现象是 ；
使用装置II的目的是 ；
使用装置III的目的是 ；
确定含有乙烯的现象是 。
（3）Ⅳ中发生反应的化学方程式为 ；产物的名称是 。
正确答案
（1） I：A II：B III：A IV：D （各1分，共4分）
（2）I中品红溶液褪色（1分）； 吸收SO2（1分）； 证明SO2已经被完全吸收（1分）；
Ⅲ中品红不褪色，且IV中溶液颜色变浅或褪色（2分）。
（3）CH2＝CH2 + Br2
试题分析：（1）乙烯含有碳碳双键，能和溴水发生加成反应，也能被酸性高锰酸钾溶液氧化，溶液均是褪色的。但由于SO2具有还原性，能被溴水和酸性高锰酸钾溶液氧化，溶液也都是褪色的。所以首先检验的是SO2，且还要除去SO2。检验SO2的试剂是品红溶液，而除去SO2的试剂是氢氧化钠溶液。为了保证SO2已经完全被除去，需要再次提供品红溶液来检验SO2是否完全被除尽，即I、II、III、IV装置可盛放的试剂分别是品红溶液、氢氧化钠溶液、品红溶液和溴水，答案分别是A；B；A；D。
（3）乙烯和溴水发生加成反应生成1，2－二溴乙烷，反应的方程式是CH2＝CH2 + Br2
点评：该题是中等难度实验题的考查，试题基础性强，侧重对学生实验能力的考查，有利于培养学生规范严谨的实验设计能力，有利于提升学生的学科素养。该类试题主要是以常见仪器的选用、实验基本操作为中心，通过是什么、为什么和怎样做重点考查实验基本操作的规范性和准确及灵活运用知识解决实际问题的能力。
草酸（乙二酸）可作还原剂和沉淀剂，用于金属除锈、织物漂白和稀土生产。一种制备草酸（含2个结晶水）的工艺流程如图：回答下列问题：
（1）CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠，甲酸钠加热脱氢的化学反应方程式分别为：____、____ 。
（2）该制备工艺中有两次过滤操作，过滤操作①的滤液是 ，滤渣是____ ；过滤操作②的滤液是 和 ，滤渣是____ 。
（3）工艺过程中③和④的目的是____ 。
（4）有人建议甲酸钠脱氢后直接用硫酸酸化制备草酸。该方案的缺点是产品不纯，其中含有的杂质主要是___ 。
（5）结晶水合草酸成品的纯度用高锰酸钾法测定。
称量草酸成品0．250 g溶于水，用0．0500 mol·L-1的酸性KMn04溶液滴定，至浅粉红色不消褪，消耗KMn04溶液15.00 mL，反应的离子方程式为____ ；
列式计算该成品的纯度 。
正确答案
试题分析：⑴CO和NaOH在一定条件下合成甲酸钠的反应可用观察法将其配平；甲酸钠加热脱氢（产生H2），通过观察法并结合原子守恒得另一生成物为Na2C2O4。
⑵根据“钙化”反应：Na2C2O4+Ca(OH)2＝CaC2O4↓+2NaOH，由此可确定过滤操作①的滤液是NaOH，滤渣是CaC2O4；根据“酸化”反应：CaC2O4+H2SO4＝CaSO4+ H2C2O4，由此可确定过滤操作②的滤液是H2C2O4，滤渣是CaSO4；
⑶该工艺过程中③和④(“回头”)分别循环利用氢氧化钠和硫酸，减小污染，也可降低成本。
⑷若在甲酸钠脱氢后生成的Na2C2O4中直接用硫酸酸化制备草酸，会产生Na2SO4杂质。
⑸根据得失电子守恒有5C2O42-+2MnO4-――2Mn2++10CO2↑，再根据电荷守恒有5C2O42-+2MnO4-+16H+――2Mn2++10CO2↑，最后根据原子守恒得5C2O42-+2MnO4-+16H+＝2Mn2++10CO2↑+8H2O；最后根据该反应方程式建立关系式“5(H2C2O4·2H2O)～2KMnO4”，得该成品的纯度为：
牙膏中的摩擦剂一般由CaCO3、Al(OH)3或SiO2组成。某小组对几种牙膏中摩擦剂成分及其含量进行探究：
（1）根据上述信息，推测摩擦剂应具备的性质有
A．易溶于水 B．难溶于水 C．颗粒较大 D．颗粒较小
（2）已知A牌牙膏的摩擦剂是Al(OH)3，取少量牙膏样品，加水充分搅拌、过滤：
①往滤渣中加入过量NaOH溶液，Al(OH)3与NaOH溶液反应的离子方程式____ __。
②往①所得滤液先通入过量CO2，再加入过量稀盐酸，观察到的现象是 。
（3）已知B牌牙膏中摩擦剂可能含有一或两种物质，将此牙膏的摩擦剂溶于盐酸时，发现有不溶性物质。
① 对B品牌牙膏摩擦剂的成分提出合理假设：
假设1：只有SiO2 假设2：可能有SiO2和CaCO3
假设3：可能有________________。
② 请设计方案对B品牌牙膏摩擦剂的成分进行验证。填写下表。限选试剂：稀盐酸、稀硫酸、NaOH溶液、澄清石灰水
（4）已知C牌牙膏中的摩擦剂为CaCO3，为测定CaCO3的质量分数，取20．0g牙膏样品溶于水后过滤，将所得沉淀溶于100mL1mol/L的盐酸（假设所得溶液体积不变），从所得的溶液中取20．00mL，用1mol/L NaOH溶液进行滴定，消耗NaOH溶液5．00mL，则C品牌牙膏中CaCO3的质量分数为 _（保留四位有效数字）。．
正确答案
（1）B D（3分，选1个对的得1分，全对3分）
（2）① Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O（3分，未配平扣1分）（或Al(OH)3＋OH－＝[Al(OH)4]－ ）
②通入CO2气体有白色沉淀生成；加入盐酸有气体生成、沉淀溶解；（2分）（或：通入CO2气体有白色沉淀生成；加入盐酸沉淀溶解）
（3）①SiO2和Al(OH)3（或二氧化硅和氢氧化铝）（1分，少一种不得分）
②（4分）
（4）18．75% （或0．1875）( 3分)
试题分析：（1）牙膏中的摩擦剂一般由CaCO3、Al(OH)3或SiO2组成，根据这几种物质的特点都难溶于水，推测用于刷牙的固体颗粒不会太大，所以答案选BD。
（2）①Al(OH)3难溶于水，书写离子方程式时不能拆开，所以Al(OH)3与NaOH溶液反应的离子方程式为Al(OH)3＋OH－＝AlO2－＋2H2O；
②往①所得滤液先通入过量CO2，二氧化碳与偏铝酸钠反应生成氢氧化铝沉淀，所以会看到有白色沉淀生成；再加入过量稀盐酸，稀盐酸和氢氧化铝发生中和反应，沉淀消失，同时溶液中的碳酸氢根离子与氢离子反应生成二氧化碳气体；
（3）①此牙膏的摩擦剂溶于盐酸时，发现有不溶性物质。说明一定含二氧化硅，3种物质中选择一种或2种其中必有二氧化硅的可能有3种，所以假设3应是可能有SiO2和Al(OH)3
②步骤1后得沉淀B，取适量B于试管中，加入稀盐酸，若固体不溶解，则为假设1；若固体部分溶解且有气体产生则为假设2；若固体部分溶解且无气体产生则为假设3。
或者取适量B于试管中，加入稀盐酸，有气体产生，证明有碳酸钙；取以上反应的清液，加入氢氧化钠溶液，先生成沉淀，后沉淀溶解，说明含有氢氧化铝。
（4）由消耗氢氧化钠的体积可计算100mL的溶液中剩余H+的物质的量是5×10-3L×1mol/L×5=0．025mol，则用于和碳酸钙反应的H+的物质的量是0．1L×1mol/L-0．025mol=0．075mol，由2H+～CaCO3得碳酸钙的物质的量是0．0375mol，所以样品中碳酸钙的质量是3．75g，则碳酸钙的质量分数是3．75g/20．0g×100%=18．75%。
某铝合金（硬铝）中含有铝、镁、铜等，为了测定该合金中铝的含量，有人设计了如下实验：（已知：硅不与盐酸和水反应）
（1）若固体Ⅰ中含有铜，步骤①的试剂X应选择 （填“NaOH溶液”“盐酸”“FeCl3溶液”）；步骤②的操作是 ，得到固体Ⅱ反应的离子方程式为
（2）固体Ⅲ的化学式为 步骤④反应的化学方程式为
（3）该铝合金中铝的质量分数是________________
（4）步骤④中的沉淀没有用蒸馏水洗涤时，会使测定结果 （填“偏高”“偏低”“不影响”）
正确答案
(1) 盐酸 ；过滤 ； Mg2++2OH-=Mg(OH)2↓（2） Al203 2A1(OH)3 Al203+3H20
(3)
试题分析：铜与盐酸不反应，镁、铝与盐酸反应，X为盐酸；若X为氢氧化钠溶液，则固体I中含Mg、Cu；若X为氯化铁溶液，则固体I中无铜。步骤①过滤后的溶液中含MgCl2、AlCl3、HCl，加足量NaOH溶液后，固体II为Mg(OH)2，溶液为NaAlO2、NaCl、NaOH，向溶液中通入过量二氧化碳气体生成氢氧化铝沉淀，氢氧化铝灼烧生成固体III为Al2O3。
（1）步骤②操作为过滤；生成氢氧化镁离子方程式为Mg2++2OH-=mg(OH)2↓；
（2）固体III为Al2O3，步骤④为氢氧化铝受热分解生成氧化铝和水。
（3）由铝元素守恒知原样品中Al质量为
（4）步骤④中沉淀未用蒸馏水洗涤，则所得氧化铝质量偏大，测定结果偏高。
点评：熟悉常见无机物的性质。
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