1、第31讲气体的制备、实验方案的设计与评价制备实验方案的设计与评价1.(2013安徽理综,8,6分)实验室中某些气体的制取、收集及尾气处理装置如图所示(省略夹持和净化装置)。仅用此装置和表中提供的物质完成相关实验,最合理的选项是()选项a中的物质b中的物质c中收集的气体d中的物质A浓氨水CaONH3H2OB浓硫酸Na2SO3SO2NaOH溶液C稀硝酸CuNO2H2OD浓盐酸MnO2Cl2NaOH溶液2.(2013浙江理综,8,6分)下列说法正确的是()A.实验室从海带提取单质碘的方法是:取样灼烧溶解过滤萃取B.用乙醇和浓H2SO4制备乙烯时,可用水浴加热控制反应的温度C.氯离子存在时,铝表面的氧
2、化膜易被破坏,因此含盐腌制品不宜直接存放在铝制容器中D.将(NH4)2SO4、CuSO4溶液分别加入蛋白质溶液,都出现沉淀,表明二者均可使蛋白质变性3.(2014课标,36,15分)磷矿石主要以磷酸钙Ca3(PO4)2H2O和磷灰石Ca5F(PO4)3、Ca5(OH)(PO4)3等形式存在。图(a)为目前国际上磷矿石利用的大致情况,其中湿法磷酸是指磷矿石用过量硫酸分解制备磷酸。图(b)是热法磷酸生产过程中由磷灰石制单质磷的流程。图(a)图(b)部分物质的相关性质如下:熔点/沸点/备注白磷44280.5PH3-133.8-87.8难溶于水,有还原性SiF4-90-86易水解回答下列问题:(1)世
3、界上磷矿石最主要的用途是生产含磷肥料,约占磷矿石使用量的%。(2)以磷灰石为原料,湿法磷酸过程中Ca5F(PO4)3反应的化学方程式为。现有1 t折合含有P2O5约30%的磷灰石,最多可制得85%的商品磷酸t。(3)如图(b)所示,热法磷酸生产过程的第一步是将SiO2、过量焦炭与磷灰石混合,高温反应生成白磷。炉渣的主要成分是(填化学式),冷凝塔1的主要沉积物是,冷凝塔2的主要沉积物是。(4)尾气中主要含有,还含有少量的PH3、H2S和HF等。将尾气先通入纯碱溶液,可除去;再通入次氯酸钠溶液,可除去。(均填化学式)(5)相比于湿法磷酸,热法磷酸工艺复杂,能耗高,但优点是。4.(2014浙江理综,
4、28,14分)葡萄糖酸钙是一种可促进骨骼生长的营养物质。葡萄糖酸钙可通过以下反应制得:C6H12O6(葡萄糖)+Br2+H2O C6H12O7(葡萄糖酸)+2HBr2C6H12O7+CaCO3 Ca(C6H11O7)2(葡萄糖酸钙)+H2O+CO2相关物质的溶解性见下表:物质名称葡萄糖酸钙葡萄糖酸溴化钙氯化钙水中的溶解性可溶于冷水易溶于热水可溶易溶易溶乙醇中的溶解性微溶微溶可溶可溶实验流程如下:C6H12O6溶液 悬浊液 Ca(C6H11O7)2请回答下列问题:(1)第步中溴水氧化葡萄糖时,下列装置中最适合的是。制备葡萄糖酸钙的过程中,葡萄糖的氧化也可用其他试剂,下列物质中最适合的是。A.新制
5、Cu(OH)2悬浊液 B酸性KMnO4溶液 C.O2/葡萄糖氧化酶 D.Ag(NH3)2OH溶液 (2)第步充分反应后CaCO3固体需有剩余,其目的是;本实验中不宜用CaCl2替代CaCO3,理由是。(3)第步需趁热过滤,其原因是。(4)第步加入乙醇的作用是。(5)第步中,下列洗涤剂最合适的是。A.冷水B.热水C.乙醇D.乙醇-水混合溶液探究组成、性质的实验方案的设计与评价1.(2014课标,13,6分)利用如图所示装置进行下列实验,能得出相应实验结论的是()选项实验结论A.稀硫酸Na2SAgNO3与AgCl的浊液Ksp(AgCl)Ksp(Ag2S)B.浓硫酸蔗糖溴水浓硫酸具有脱水性、氧化性C
6、.稀盐酸Na2SO3Ba(NO3)2溶液SO2与可溶性钡盐均可生成白色沉淀D.浓硝酸Na2CO3Na2SiO3溶液酸性:硝酸碳酸硅酸2.(2014广东理综,22,6分)下列实验操作、现象和结论均正确的是()选项实验操作现象结论A向苏打和小苏打溶液中分别加入盐酸均冒气泡两者均能与盐酸反应B向AgNO3溶液中滴加过量氨水溶液澄清Ag+与NH3H2O能大量共存C将可调高度的铜丝伸入到稀HNO3中溶液变蓝Cu与稀HNO3发生置换反应D将KI和FeCl3溶液在试管中混合后,加入CCl4,振荡,静置下层溶液显紫红色氧化性:Fe3+I23.(2012江苏单科,13,4分)下列根据实验操作和现象所得出的结论正
7、确的是()选项实验操作实验现象结论A向两份蛋白质溶液中分别滴加饱和NaCl溶液和CuSO4溶液均有固体析出蛋白质均发生变性B向溶液X中先滴加稀硝酸,再滴加Ba(NO3)2溶液出现白色沉淀溶液X中一定含有SO42-C向一定浓度的Na2SiO3溶液中通入适量CO2气体出现白色沉淀H2SiO3的酸性比H2CO3的酸性强D向浓度均为0.1 molL-1 NaCl和NaI混合溶液中滴加少量AgNO3溶液出现黄色沉淀Ksp(AgCl)Ksp(AgI)4.(2014江苏单科,18,12分)碱式碳酸铝镁MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O常用作塑料阻燃剂。 (1)碱式碳酸铝镁具有阻燃作用,是由于其受热分
8、解需吸收大量热量和。(2)MgaAlb(OH)c(CO3)dxH2O中a、b、c、d的代数关系式为。 (3)为确定碱式碳酸铝镁的组成,进行如下实验:准确称取3.390 g样品与足量稀盐酸充分反应,生成CO2 0.560 L(已换算成标准状况下)。另取一定量样品在空气中加热,样品的固体残留率(固体样品的剩余质量固体样品的起始质量100%)随温度的变化如下图所示(样品在270 时已完全失去结晶水,600 以上残留固体为金属氧化物的混合物)。根据以上实验数据计算碱式碳酸铝镁样品中的n(OH-)n(CO32-)(写出计算过程)。5.(2013课标,27,14分)氧化锌为白色粉末,可用于湿疹、癣等皮肤病
9、的治疗。纯化工业级氧化锌含有Fe()、Mn()、Ni()等杂质的流程如下:工业ZnO浸出液 滤液 滤液 滤饼ZnO提示:在本实验条件下,Ni()不能被氧化;高锰酸钾的还原产物是MnO2。回答下列问题:(1)反应中除掉的杂质离子是,发生反应的离子方程式为;在加高锰酸钾溶液前,若pH较低,对除杂的影响是。(2)反应的反应类型为,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有。(3)反应形成的沉淀要用水洗,检验沉淀是否洗涤干净的方法是。(4)反应中产物的成分可能是ZnCO3xZn(OH)2。取干燥后的滤饼11.2 g,煅烧后可得到产品8.1 g,则x等于。题组一制备实验方案的设计与评价1.B由题给装置可知,本
10、装置可以用于固体和液体不加热型、收集方法为向上排空气法、防倒吸型尾气处理方式的气体的制取。A项,NH3收集用向下排空气法,不符合;C项,铜和稀硝酸反应不能产生NO2,且NO2的吸收不能用水,可以用NaOH溶液;D项,用浓盐酸与MnO2反应制Cl2需要加热,本装置不能满足。2.CA中在过滤后少了向滤液中加入氧化剂将I-氧化为I2的步骤;用乙醇和浓硫酸制备乙烯时,应控制反应温度为170 ,水浴加热最高温度为100 ,B错误;加入(NH4)2SO4,蛋白质溶液中出现沉淀,属蛋白质的盐析,不是变性,D错误。3.答案(1)69(2)Ca5F(PO4)3+5H2SO4 3H3PO4+5CaSO4+HF0.
11、49(3)CaSiO3液态白磷固态白磷(4)SiF4、COSiF4、HF、H2SPH3(5)产品纯度高(浓度大)解析(1)由图(a)可知,生产含磷肥料约占磷矿石使用量的比例为:4%+96%85%80%69%。(2)由题意可得Ca5F(PO4)3与H2SO4反应制H3PO4的反应方程式为Ca5F(PO4)3+5H2SO4 5CaSO4+HF+3H3PO4。由P2O52H3PO4,根据磷原子守恒可知,最多可生产85%的磷酸:1 t30%29814285%0.49 t。(3)磷灰石与SiO2、过量焦炭反应生成P4,磷元素的化合价降低,故碳元素化合价升高,考虑到焦炭过量,故氧化产物为CO,由原子守恒可
12、知,产物中应有CaSiO3,故炉渣主要成分为CaSiO3。根据题给物质的熔点和沸点数据可判断冷凝塔1的主要沉积物为液态白磷,冷凝塔2的主要沉积物为固态白磷。(4)尾气中主要成分是CO和SiF4,尾气通过纯碱溶液时HF、H2S被吸收,SiF4水解后也被吸收;通过NaClO溶液,NaClO可将具有强还原性的PH3氧化而除去。(5)热法磷酸中,磷灰石P4P2O5H3PO4,制得的H3PO4纯度较高,浓度较大。4.答案(1)BC(2)提高葡萄糖酸的转化率;便于后续分离氯化钙难以与葡萄糖酸直接反应得到葡萄糖酸钙(3)葡萄糖酸钙冷却后会结晶析出,如不趁热过滤会损失产品(4)可降低葡萄糖酸钙在溶剂中的溶解度
13、,有利于葡萄糖酸钙析出(5)D解析(1)水浴加热只要控制水的温度即可,所以温度计插入水中。恒压漏斗使反应物容易流出,故选用B装置。A、D的氧化性较弱,反应速率较慢;B的氧化能力很强,会将葡萄糖氧化成其他物质;因酶是一种高效的催化剂,所以O2/葡萄糖氧化酶是最合适的氧化剂。(2)过量的CaCO3能将葡萄糖酸全部转化为葡萄糖酸钙,同时过量的CaCO3可通过过滤除去,不会进入葡萄糖酸钙溶液中。(4)过滤后的滤液中除葡萄糖酸钙外,还有溴化钙,加入乙醇后,溴化钙溶于乙醇,而葡萄糖酸钙在乙醇中的溶解度较小,然后通过抽滤将葡萄糖酸钙提取出来。(5)用乙醇-水混合溶液作洗涤剂,既可除去溴化钙杂质又可减少葡萄糖
14、酸钙的溶解损失。题组二探究组成、性质的实验方案的设计与评价1.BH2S可直接与AgNO3溶液作用生成黑色的Ag2S,故不能说明Ksp(AgCl)Ksp(Ag2S),A错误。浓硫酸滴入蔗糖中,处试管中观察到白色固体变黑,证明浓硫酸有脱水性;处试管中溴水褪色,说明有SO2生成(SO2+Br2+2H2O H2SO4+2HBr),从而证明浓硫酸有氧化性,B正确。SO2与Ba(NO3)2溶液反应可生成白色沉淀BaSO43Ba(NO3)2+3SO2+2H2O 3BaSO4+2NO+4HNO3,但BaCl2与SO2不反应,C错误。浓硝酸挥发产生的HNO3蒸气也可直接与Na2SiO3溶液作用生成H2SiO3,
15、故不能得出碳酸酸性大于硅酸的结论,D错误。2.ADA项,Na2CO3和NaHCO3都能和盐酸反应生成CO2气体,正确;B项,向AgNO3溶液中滴加氨水,发生反应:Ag+NH3H2O AgOH+NH4+,AgOH+2NH3H2O Ag(NH3)2+OH-+2H2O,所以溶液先变浑浊,后变澄清,B项错误;C项,3Cu+8HNO3(稀) 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,不属于置换反应,C项错误;D项,FeCl3能氧化KI:2Fe3+2I- 2Fe2+I2,说明氧化性:Fe3+I2,D项正确。3.DA项,向蛋白质溶液中滴加饱和NaCl溶液,蛋白质析出,该变化属于蛋白质的盐析,蛋白质并没有发生变性
16、;B项,若溶液X中含有SO32-,滴加稀硝酸后,SO32-被氧化为SO42-,再滴加Ba(NO3)2溶液,也会出现白色沉淀;C项,Na2SiO3+CO2+H2O H2SiO3+Na2CO3,说明酸性:H2CO3H2SiO3;D项,对于相同类型的分子(如AB型),通常Ksp越小,在相同条件下越易形成沉淀。4.答案(12分)(1)生成的产物具有阻燃作用(2)2a+3b=c+2d(3)n(CO2)=0.560 L22.4 Lmol-1=2.5010-2 molm(CO2)=2.5010-2 mol44 gmol-1=1.10 g在270600 之间,失去结晶水后的样品进一步受热分解放出CO2和H2O
17、m(CO2)+m(H2O)=3.390 g(0.734 5-0.370 2)=1.235 gm(H2O)=1.235 g-1.10 g=0.135 gn(H2O)=0.135 g18 gmol-1=7.5010-3 moln(OH-)=7.5010-3 mol2=1.5010-2 moln(OH-)n(CO32-)=1.5010-2 mol2.5010-2 mol=35解析(1)碱式碳酸铝镁受热分解生成的MgO和Al2O3熔点高、耐高温,生成的CO2起到阻隔O2的作用,故能阻燃。(2)根据化合物中各元素正负化合价代数和为零的原理:Mg+2aAl+3b(OH)c(CO3)dxH2O,可得2a+3
18、b=c+2d。(3)碱式碳酸铝镁与稀盐酸反应生成的CO2与受热分解生成的CO2相等,n(CO32-)=n(CO2)=0.560 L22.4 L/mol=2.5010-2 mol,m(CO2)=2.5010-2 mol44 g/mol=1.10 g。由图像可知,当温度从270 升高到600 后,失去结晶水的碱式碳酸铝镁完全分解为MgO、Al2O3、CO2和H2O,由固体残留的差值可得m(H2O+CO2)=3.390 g(0.734 5-0.370 2)=1.235 g,则MgaAlb(OH)c(CO3)d分解得到的H2O的质量m(H2O)=1.235 g-1.10 g=0.135 g,故n(OH
19、-)=2n(H2O)=20.135 g18 g/mol=1.5010-2 mol,则n(OH-)n(CO32-)=1.5010-2 mol2.5010-2 mol=35。5.答案(1)Fe2+和Mn2+(2分)MnO4-+3Fe2+7H2O 3Fe(OH)3+MnO2+5H+(2分)、2MnO4-+3Mn2+2H2O 5MnO2+4H+(2分)铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质(2分)(2)置换反应镍(每空1分,共2分)(3)取少量水洗液于试管中,滴入12滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净(2分)(4)1(2分)解析(1)经反应所得浸出液中含有
20、Zn2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+。经反应,Fe2+被氧化为Fe3+,进而形成Fe(OH)3沉淀,Mn2+被氧化为MnO2,发生反应的离子方程式分别为:MnO4-+3Fe2+7H2O 3Fe(OH)3+MnO2+5H+,2MnO4-+3Mn2+2H2O 5MnO2+4H+。在加高锰酸钾溶液前,若溶液的pH较低,铁离子和锰离子不能生成沉淀,从而无法除去铁和锰杂质。(2)反应为Zn+Ni2+ Zn2+Ni,过滤得到的滤渣中,除了过量的锌外还有被置换出来的镍。(3)若该沉淀没有洗涤干净,则沉淀上一定附着有SO42-。具体的检验方法是取少量最后滤出的水洗液于试管中,滴入12滴稀硝酸,再滴入硝酸钡溶液,若无白色沉淀生成,则说明沉淀已经洗涤干净。(4)ZnCO3xZn(OH)2 (1+x)ZnO+CO2+xH2Om81(1+x)4418x44+18x8.1 g11.2 g-8.1 g=3.1 g则81(1+x)8.1 g=44+18x3.1 g,解得x=1。
