ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料。某课题组设计由含锌工业废料(含Fe、Cu、Mn等杂质)生产ZnO的工艺流程如下:
已知:黄钠铁矾在pH为1.5,温度为90℃时完全沉淀,且易于过滤。
2Cu +O2 +2H2SO4 = 2CuSO4+2H2O
(1)步骤①的浸取液里除含有Zn2+、Mn2+外,还含有的金属离子有 、 ,所加试剂X为Na2SO4和 的混合液。
(2)步骤②可进一步氧化除去铁,还氧化除去了Mn2+,除去Mn2+的离子方程式为 ;步骤③所加试剂是 ,整个工艺流程中可以循环使用的物质是 。
(3)步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是 。
(4)步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO3·xZn(OH)2·yH2O],取该样品7.18g,充分灼烧后,测得残留固体质量为4.86g,将所得气体通入足量澄清石灰水中,得到2.00g沉淀,则此碱式碳酸锌的化学式是 。
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实验室有一包暗红色粉末样品可能是MgCO3、Fe2O3和FeO的混合物。经测定后,结论是不存在FeO。
I.某学生想自己设计实验方案,以证明样品中确实没有FeO。除样品外,实验室只提供以下试剂:KMnO4溶液、稀盐酸、稀硫酸、KSCN溶液、NaOH溶液,请你描述实验操作的步骤、实验现象和结论: 。
Ⅱ.测定混合物中Fe2O3的含量
实验室可用多种方法测定上述样品中Fe2O3的质量分数,某同学称取a g样品用下图所示装置测定Fe2O3的质量分数。
请回答下列问题:
(1)装置B中盛放样品的仪器名称是 ,A中的试剂是 。
(2)装置B中反应的离子方程式为 。
(3)实验过程中需要持续通入空气,其作用除可以起到“搅拌”B中反应物以实现充分反应外,还有一个重要作用是 。
(4)若后续实验测得C中沉淀的质量为b g,则Fe2O3的质量分数为 。测C中沉淀的操作是 、 、干燥、称量。
(5)有同学认为将装置C与D交换,测出装置D在吸收反应产生的气体前后的质量差,同样可以测得Fe2O3的质量分数。请你对此方案作出评价: 。
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七铝十二钙 (12CaO·7Al2O3)是一种新型的超导材料和发光材料,它是用AlC13溶液溶解一定量的CaCO3形成溶液,再用氨水沉淀,然后锻烧沉淀制备。工业上制备AlC13溶液用图示流程(已知A1C13易升华)。
(1)轻烧后的气体用水处理前导气管为何要保温?
(2)用水处理添加的试剂X是 ,其目的是 。
(3)AlC13溶液溶解CaCO3时,要控制碳酸钙和AlC13的量,要求n(CaCO3): n(A1C13)> 12:14,其原因是 。用氨水沉淀、过滤后的滤液主要成分是 。
(4)以工业碳酸钙(含有少量A12O3、Fe3O4杂质)生产二水合氯化钙(CaC12·2H2O)的方法为:将工业碳酸钙溶于盐酸,加入双氧水, 。(实验中需用到的试剂和仪器有:盐酸,双氧水,氢氧化钙,冰水,pH计)。
已知:几种离子生成氢氧化物沉淀pH(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol/L计算)
开始沉淀的pH | 完全沉淀的pH | |
Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
Al3+ | 3.5 | 4.7 |
补全实验步骤: 冰水洗涤,干燥,得到CaC12·2H2O。
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碳酸锰(MnCO3)是理想的高性能强磁性材料,也是制备Mn2O3、MnO2等锰的氧化物的重要原料,广泛用于电子、化工、医药等行业。
(1)工业上制备方程式为:MnSO4+2NH4HCO3=MnCO3↓+(NH4)2SO4+CO2↑+H2O。反应中通常需加入稍过量的NH4HCO3,且控制溶液的pH为6.8~7.4.加入稍过量的NH4HCO3的目的是 。
(2)实验室模拟工业二氧化锰制备硫酸锰装置如图
①石灰乳参与反应的化学方程式为 。
②反应过程中,为使SO2尽可能转化完全,在通入SO2和N2比例一定、不改变固液投料的条件下,可采取的合理措施有 。
(3)MnCO3在空气中加热易转化为不同价态的锰的氧化物,其固体残留率随温度的变化如图所示。则300℃时,剩余固体中n(Mn)∶n(O)为 ;图中点D对应固体的成分为 (填化学式)。
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某研究性学习小组在网上收集到信息:钾、钙、钠、镁等活泼金属都能在CO2气体中燃烧。他们对钠在CO2气体中燃烧后的产物中的白色物质进行了如下探究:
【实验】 将燃烧的钠迅速伸入盛满CO2的集气瓶中,钠在 其中继续燃烧,反应后冷却,瓶底附着黑色颗粒,瓶壁上粘 附着白色物质。
(1)通过钠在CO2气体中燃烧的实验,你认为燃烧的条件是:
_________________________________________________________________。
(2)燃烧的本质是:_____________________________________________。
(3)2010年8月初发生的俄罗斯森林大火着火面积比伦敦市的面积还要大。控制森林火灾是世界性难题。根据燃烧的条件,请你解释为什么设置森林防火隔离带能有效阻止森林火灾的蔓延:_____________________________________________________________。
【提出假设】
假设1:白色物质是Na2O
假设2:白色物质是Na2CO3。
假设3:白色物质是Na2O和Na2CO3的混合物
【设计实验方案·验证假设】 该小组对燃烧后的白色产物进行如下探究:
实验方案 | 实验操作 | 实验现象 | 结论 |
方案1 | 取少量白色物质于试管中,加入适量水,振荡,样品全部溶于水,向其中加入无色酚酞试液 | 溶液变成红色 | 白色物质为Na2O |
方案2 | ①取少量白色物质于试管中,加入适量水,振荡,样品全部溶于水,向其中加入过量的CaCl2溶液 | 出现白色沉淀 | |
②静置片刻,取上层清液于试管中,滴加无色酚酞试液 | 无明显现象 |
【思考与交流】
(4)甲同学认为方案1得到的结论不正确,其理由是:___________________________________
(5)乙同学认为方案2得到的结论正确,白色物质为:________。
(6)通过方案1和方案2的实验,你认为上述三个假设中,________成立。你的理由是:_____________________________________________________。
(7)钠在二氧化碳中燃烧的化学方程式为:____________________________
(8)丙同学认为白色物质有可能是氢氧化钠。你是否同意丙同学的观点,并简述理由:
________________________________________________________
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某酸性工业废水中含有K2Cr2O7。光照下,草酸(H2C2O4)能将其中的Cr2O72—转化为Cr3+。某课题组研究发现,少量铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]即可对该反应起催化作用。为进一步研究有关因素对该反应速率的影响,探究如下:
(1)在25 ℃下,控制光照强度、废水样品初始浓度和催化剂用量相同,调节不同的初始pH和一定浓度草酸溶液用量,做对比实验,完成以下实验设计表(表中不要留空格)。
实验编号 | 初始pH | 废水样品体积/mL | 草酸溶液体积/mL | 蒸馏水体积/mL |
① | 4 | 60 | 10 | 30 |
② | 5 | 60 | 10 | 30 |
③ | 5 | 60 |
测得实验①和②溶液中的Cr2O72—浓度随时间变化关系如图所示。
(2)上述反应后草酸被氧化为________(填化学式)。
(3)实验①和②的结果表明________;实验①中0~t1时间段反应速率v(Cr3+)=________mol·L-1·min-1(用代数式表示)。
(4)该课题组对铁明矾[Al2Fe(SO4)4·24H2O]中起催化作用的成分提出如下假设,请你完成假设二和假设三:
假设一:Fe2+起催化作用:
假设二:________;
假设三:________;
……
(5)请你设计实验验证上述假设一,完成下表中内容。
(除了上述实验提供的试剂外,可供选择的药品有K2SO4、FeSO4、K2SO4·Al2(SO4)3·24H2O、Al2(SO4)3等。溶液中Cr2O72—的浓度可用仪器测定)
实验方案(不要求写具体操作过程) | 预期实验结果和结论 |
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硼位于ⅢA族,三卤化硼是物质结构化学的研究热点,也是重要的化工原料。三氯化硼(BCl3)可用于制取乙硼烷(B2H6),也可作有机合成的催化剂。
【查阅资料】 ①BCl3的沸点为12.5 ℃,熔点为-107.3 ℃;②2B+6HCl2BCl3↑+3H2↑;③硼与铝的性质相似,也能与氢氧化钠溶液反应。
【设计实验】 某同学设计如图所示装置制备三氯化硼:
请回答下列问题:
(1)常温下,高锰酸钾固体粉末与浓盐酸发生的反应可替代A装置中的反应,两个反应的产物中锰的价态相同。写出高锰酸钾固体粉末与浓盐酸反应的离子方程式:_______________________。
(2)E装置的作用是_______________________________________。
如果拆去B装置,可能的后果是_______________________________________
_________________________。
(3)写出D装置中发生反应的化学方程式:_____________________________
实验中可以用一个盛装________(填试剂名称)的干燥管代替F+G装置,使实验更简便。
(4)三氯化硼遇水剧烈反应生成硼酸(H3BO3)和白雾,写出该反应的化学方程式:______________________________;
实验室保存三氯化硼的注意事项是__________________________________。
(5)为了顺利完成实验,正确的操作是________(填序号),并解释原因:________。
①先点燃A处酒精灯,后点燃D处酒精灯
②先点燃D处酒精灯,后点燃A处酒精灯
③同时点燃A、D处酒精灯
(6)请你设计一个简易实验,验证制得的产品中是否含有硼粉:
________________________________________________________________。
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工业制得的氮化铝(AlN)产品中常含有少量Al4C3、Al2O3、C等杂质。某同学设计了如下实验分别测定氮化铝(AlN)样品中AlN和Al4C3的质量分数(忽略NH3在强碱性溶液中的溶解)。
(1)实验原理:①Al4C3与硫酸反应可生成CH4。②AlN溶于强酸产生铵盐,溶于强碱生成氨气。
(2)实验装置(如图所示):
(3)实验过程:
①连接实验装置,检验装置的气密性。称得D装置的质量为yg,滴定管的读数为amL
②称取xgAlN样品置于装置B瓶中;塞好胶塞,关闭活塞K2、K3 ,打开活塞K1,通过分液漏斗加入稀硫酸,与装置B瓶内物质充分反应。③待反应进行完全后,关闭活塞K1,打开活塞 ,通过分液漏斗加入过量NaOH ,与装置B瓶内物质充分反应。④ (填入该步应进行的操作)。⑤记录滴定管的读数为bmL,称得D装置的质量为zg。
(4)数据分析:(已知:该实验条件下的气体摩尔体积为Vm L·mol-1)
①Al4C3的质量分数为 。
②若读取滴定管中气体的体积时,液面左高右低,则所测气体的体积 (填“偏大”、“偏小”或“无影响”)。
③AlN的质量分数为 。
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二氧化钛是钛的重要化合物,钛白(纯净的二氧化钛)是一种折射率高、着色力和遮盖力强、化学性质稳定的白色颜料。从钛铁矿(主要成分FeTiO3,含Fe2O3、SiO2等杂质)制取二氧化钛,常用硫酸法,其流程如下:
(1)钛铁矿主要成分与浓硫酸反应的主要产物是TiOSO4和FeSO4,该反应的化学方程式 。
(2)为提高“固体熔块”水浸取时的浸出率,除了采用循环浸取、延长时间、熔块粉碎外,适宜的条件还可以选择 (任写一种)。
(3)过滤时所需玻璃仪器为漏斗、玻璃棒和烧杯。从滤液中得到X为绿矾(FeSO4·7H2O)晶体的实验操作依次为:加热浓缩、冷却结晶、过滤洗涤、低温干燥。实验室要配制、保存该溶液时需加少量铁屑,目的是 。
(4)第③步反应化学方程式 。
(5)若实验时需要450mL2mol/L的C溶液,则在精确配制时,需用托盘天平称取NaOH固体 g,所使用的仪器除托盘天平、量筒、烧杯、玻璃棒、胶头滴管、药匙外,还必须有 (填仪器名称)。
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某研究性学习小组查阅资料得知,漂白粉与硫酸反应可以制得氯气,化学方程式为:Ca(ClO)2+CaCl2+2H2SO42CaSO4+2Cl2↑+2H2O 。他们设计了如下制取氯气并验证其性质的实验。
试回答:(1)该实验中A部分的装置是____(填写装置的序号)。
(2)请你设计一个实验,证明洗气瓶C中的Na2SO3已经被氧化(简述实验步骤):____________________________。
(3)若D中反应后的溶液具有漂白性,请写出D装置中发生反应的离子方程式
__________________。
(4)该实验存在明显的缺陷,请你提出改进的方法___________。
(5)该小组又进行了如下实验:称取漂白粉2.0 g ,研磨后溶解,配制成250 mL溶液,取25 mL加入到锥形瓶中,再加入过量的KI溶液和过量的H2SO4溶液,静置。待完全反应后,用0.1 mol/L的Na2S2O3溶液作标准溶液滴定反应生成的碘,已知反应式为: 2Na2S2O3+I2=Na2S4O6 + 2NaI 反应完成时,共用去Na2S2O3
20.0 mL。则该漂白粉中Ca(ClO)2的质量分数为:_____________。
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