(10分)某科研小组探究工业废Cu粉(杂质含有SiO2、Al2O3、Fe2O3中的一种或几种)的组成并制备少量CuSO4·5H2O,实现废物综合利用,实验过程如下:
过程Ⅰ:
(1)废Cu粉中一定含有的杂质是 (填化学式)。
(2)分别写出过程②发生反应的离子方程式 。
过程Ⅱ:
(3)综合过程Ⅰ、II,计算废Cu粉中各成分的质量之比是 (化为最简单整数比)。
过程Ⅲ:已知25℃时:
电解质 | Cu(OH)2 | Fe(OH)2 | Fe(OH)3 |
溶度积(Ksp) | 2.2×10-20 | 8.0×10-16 | 4.0×10-38 |
开始沉淀时的pH | 5.4 | 6.5 | 3.5 |
完全沉淀时的pH | 6.4 | 9.6 | 4.0 |
(4)在Ⅱ中所得蓝色溶液中加入一定量的H2O2溶液,调节溶液的pH范围为 ,然后过滤、结晶,可得CuSO4·5H2O。
(5)下列与Ⅲ方案相关的叙述中,正确的是 (填字母)。
A.H2O2是绿色氧化剂,在氧化过程中不引进杂质、不产生污染
B.将Fe2+氧化为Fe3+的主要原因是Fe(OH)2沉淀比Fe(OH)3沉淀较难过滤
C.调节溶液pH选择的试剂可以是氢氧化铜或氧化铜
D.在pH>4的溶液中Fe3+一定不能大量存在
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食盐中的抗结剂是亚铁氰化钾,其化学式为K4[Fe(CN)6] •3H2O。
42.2gK4[Fe(CN)6] •3H2O(M=422g/mol)样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度的变化曲线)如下图所示。
(1)试确定150℃时固体物质的化学式为_______________。
(2)在25℃下,将a mol•L-1的KCN(pH>7)溶液与0.01mol•L-1的盐酸等体积混合,反应平衡时,测得溶液pH=7,则KCN溶液的物质的量浓度a_________0.01mol•L-1(填“>”、“<”或“=”);用含a的代数式表示HCN的电离常数Ka=______________。
(3)在Fe2+、Fe3+的催化作用下,可实现2SO2+O2+2H2O=2H2SO4的转化。已知,含SO2的废气通入Fe2+、Fe3+的溶液时,其中一个反应的离子方程式为4Fe2+ + O2+ 4H+ = 4Fe3+ + 2H2O,则另一反应的离子方程式为 。
(4)不同浓度的硫酸与锌反应时,硫酸可以被还原为SO2,也可被还原为氢气。为了验证这一事实,某同学拟用下图装置进行实验(实验时压强为10lkPa,温度为0℃)。
(I)若在烧瓶中投入d g锌,加入一定量的c mol/L浓硫酸V L,充分反应后锌有剩余,测得氢氧化钠洗气瓶增重mg,则整个实验过程产生的气体中n(H2)=_____________(用含字母的代数式表示)。若撤走盛有无水氯化钙的U型管,n(SO2)/n(H2)的数值将 (填偏大、偏小或无影响)。
(II)在硫酸中加入硫酸铜可以加快氢气的生成速率的原因:_____________________。
(III)为进一步探究硫酸铜的量对氢气生成速率的影响,某同学设计如下一系列实验,将表中所给的混合溶液分别加入到6个盛有过量Zn粒的反应瓶中。
实验 溶液 | A | B | C | D | E |
5mol/LH2SO4/mL | 40 | V1 | V2 | V3 | V4 |
饱和CuSO4/mL | 0 | 1 | 2 | V5 | 10 |
H2O/mL | V6 | V7 | V8 | 5 | 0 |
①完成此实验设计,其中V5=_________V7=___________。
②为探究氢气生成速率要收集产生的气体,还需记录:___________________。
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(19分)某研究性学习小组选用以下装置进行实验设计和探究(图中a、b、c均为止水夹)
(1)在进行气体制备时,应先检验装置的气密性。将A装置末端导管密封后,在A装置的分液斗内装一定量的蒸馏水,然后 ,则证明A装置的气密性良好。
(2)用锌粒和稀硫酸制各H2时应选用装置____作为发生装置(填所选装置的序号字母),实验时可先在稀硫酸溶液中加入少型硫酸铜晶体会使反应速率加快,原因是 。
(3)某同学利用上述装置设计实验证明Cl2氧化性强于Br2
①选用的装置连接顺序为:( )→( )→( )(填所选装置的序号字母):
②从以下试剂中选用该实验所需的试剂为 (填试剂的序号字母):
a.浓硫酸
b.浓盐酸
c.二氧化锰
d.氯化钠
e.溴化钠溶液
③实验过程中能说明Cl2氧化性强于Br2的实验现象是 ;
(4)另-同学将B、D、E装置连接后,茬套囊璧中加入铜片和浓硝酸,制取NO2,然后进行NO2气体与水反应的实验,并观察相关现象:
①B装置发生反应的离子方程式为____;
②反应一段时间后D装置中的具支试管乙中收集满NO2气体,若进行NO2气体与水反应的实验,应 (填“对a、b、c三个止水夹进行的操作”),然后再适当加热乙。
③E装置中的NaOH溶液可吸收尾气NO2,反应生成NaNO3、NaNO2和H2O,反应中生成的NaNO3和NaNO2的物质的量之比为 。
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(18分)软锰矿的主要成分为MnO2,还含有Fe2O3、MgO、Al2O3、CaO、SiO2等杂质,工业上用软锰矿制取MnSO4·H2O的流程如下:
已知:①部分金属阳离子完全沉淀时的pH如下表
②温度高于27℃时,MnSO4晶体的溶解度随温度的升高而逐渐降低。
(1)“浸出”过程中MnO2转化为Mn2+的离子方程式为 ;
(2)第1步除杂中加入H2O2的目的是 。
(3)第1步除杂中形成滤渣l的主要成分为 (填化学式),调pH至5-6所加的试剂,
可选择 (填以下试剂的序号字母);
a.CaO b.MgO c.Al2O3 d.氨水
(4)第2步除杂,主要是将Ca2+、Mg2+转化为相应氟化物沉淀除去,写出MnF2除去Mg2+的离子反应方程式 ,该反应的平衡常数数值为 。
(已知:MnF2的Ksp=5.3×10-3;CaF2的Ksp=1.5×10-10;MgF2的Ksp=7.4×10-11):
(5)采用“趁热过滤”操作的原因是 。
(6)取少量MnSO4·H2O溶于水,配成溶液,测其pH发现该溶液显酸性,原因是 (用离子方程式表示),该溶液中所有离子的浓度由大到小的顺序为 。
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KMnO4溶液常用作氧化还原反应滴定的标准液,由于KMnO4的强氧化性,它的溶液很容易被空气中或水中某些少量还原性物质还原,生成难溶性物质MnO(OH)2,因此配制KMnO4标准溶液的操作是:
(1)称取稍多于所需量的KMnO4固体溶于水,将溶液加热并保持微沸1h;
(2)用微孔玻璃漏斗过滤除去难溶的MnO(OH)2;
(3)过滤得到的KMnO4溶液贮存于棕色试剂瓶放在暗处;
(4)利用氧化还原滴定方法,在70℃﹣80℃条件下用基准试剂(纯度高、式量较大、稳定性较好的物质)溶液标定其浓度.请回答下列问题:
(1)将溶液加热并保持微沸1h的目的是 .
(2)如何保证在70℃~80℃条件下进行滴定操作: .
(3)准确量取一定体积的KMnO4溶液用 (填仪器名称).
(4)在下列物质中,用于标定KMnO4溶液的基准试剂最好选用 (填序号).
A.H2C2O4•2H2O B.FeSO4 C.浓盐酸 D.Na2SO3
(5)若准确称取Wg你选的基准试剂溶于水配成500mL水溶液,取25.00mL置于锥形瓶中,用高锰酸钾溶液滴定至终点,消耗高锰酸钾溶液VmL.问:
①滴定终点标志是 ;
②所配制KMnO4标准溶液的物质的量浓度为 mol/L;
(6)若用放置两周的KMnO4标准溶液去滴定水样中Fe2+含量,测得的浓度值将 (填“偏高”或“偏低”).
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四氯化锡(SnCl4)是合成有机锡化合物的原料,其熔点为-33℃,沸点为114℃,在潮湿的空气中强烈水解产生有刺激性的白色烟雾,产物之一为SnO2.实验室制备四氯化锡的操作是:将金属锡熔融,然后泼入冷水,制成锡花,将干燥的锡花加入反应器中;再向反应器中缓慢地通入干燥的氯气。
Ⅰ.图1示实验室制备干燥氯气的实验装置(夹持装置己略)
(1)该装置制备氯气选用的药品为漂粉精固体[主要成分Ca(ClO)2]和浓盐酸,A中发生反应的化学方程式为_____________。
(2)装置B中的饱和食盐水能够除去Cl2中的HCl,此外还有_____________作用。
(3)试剂X可能为_____________(填写字母).
A.无水氯化钙 B.浓硫酸 C.碱石灰 D.五氧化二磷
(4)四氯化锡在潮湿空气中水解的化学方程式_____________。
(5)用锡花代替锡粒的目的是_____________。
II.图2是蒸馏SnCl4的装置
(6)该装置尚有两处不当之处,它们分别是_____________、_____________。
(7)实验用的锡花中含有金属铜。甲同学设计下列实验测定锡花的纯度。
第一步:称取7.500g锡花溶于足量稀硫酸中,充分反应后过滤;
第二步:向滤液中加入过量Fe2(SO4)3,将生成的Sn2+氧化成Sn4+;
第三步:用1.000mol/LK2Cr2O7溶液滴定生成的Fe2+,发生反应的方程式为(未配平):
Fe2++Cr2O72-+H+→Cr3++Fe3++H2O
若达到滴定终点时共消耗20.00mlK2Cr2O7溶液,试计算锡花中锡的百分含量_____________(结果保留三位有效数字)。
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I.下面是提纯大理石(主要杂质是氧化铁)的流程图:
按要求回答下列问题:
(1)操作Ⅱ中要随时测定pH,在实验室中用pH试纸测定溶液pH的操作是______________________________。
(2)检验Fe3+已完全生成Fe(OH)3沉淀的方法是________________________________。
(3)由滤液B得到晶体B,其主要成分是__________。
II.某化学小组在实验中用浓硝酸和铜反应制取二氧化氮并探究二氧化氮是否能支持木炭的燃烧,其实验装置图如下:
(1)按气流方向连接各仪器接口,顺序为a→______→______→______→______→f。装置C的作用________________、装置D的试剂是__________________。
(2)已知二氧化氮和碳在点燃条件下反应生成两种物质的量比为2:1的无毒气体,则该反应的化学方程式为:___________________________。
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氮的氧化物(NOx)是大气污染物之一,工业上在一定温度和催化剂条件下用NH3将NOx还原生成N2,某同学在实验室中对NH3与NOx反应进行了探究。回答下列问题:
(1)氨气的制备
①氨气的发生装置可以选择上图中的_________,反应的化学方程式为_______________。
②预收集一瓶干燥的氨气,选择上图中的装置,其连接顺序为:发生装置→______(按气流方向,用小写字母表示)。
(2)氨气与二氧化氮的反应
将上述收集到的NH3充入注射器X中,硬质玻璃管Y中加入少量催化剂,充入NO2(两端用夹子K1、K2夹好)。在一定温度下按图示装置进行实验。
操作步骤 | 实验现象 | 解释原因 |
打开K1,推动注射器活塞,使X中的气体缓慢通入Y管中 | ①Y管中_____________ | ②反应的化学方程式 ____________ |
将注射器活塞退回原处并固定,待装置恢复到室温 | Y管中有少量水珠 | 生成的气态水凝集 |
打开K2 | ③_______________ | ④______________ |
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(15分)某学生研究小组欲探究CuSO4溶液与Na2CO3溶液混合产生的蓝绿色沉淀组成,小组进行下列实验探究。
【提出假设】
假设1:沉淀为Cu(OH)2;假设2:所得沉淀为_____________;
假设3:所得沉淀为碱式碳酸铜[化学式可表示为nCu(OH)2·mCuCO3]。
【查阅资料】无论是哪一种沉淀受热均易分解(假设均不含结晶水)。
【物质成分探究】
步骤1:将所得悬浊液过滤,用蒸馏水洗涤,再用无水乙醇洗涤;
步骤2:甲同学取一定量所得固体,用气密性良好的如图装置(夹持仪器未画出)进行定性实验。
请回答下列问题:
(1)假设2中的沉淀是为______________。
(2)假设1中沉淀为Cu(OH)2的理论依据是_________________。
(3)无水乙醇洗涤的目的__________________。
(4)若反应后A中蓝绿色固体变黑,C中无明显现象,证明假设________________(填写序号)成立。
(5)乙同学认为只要将上图中B装置的试剂改用_______________试剂后,便可验证上述所有假设。
(6)乙同学更换B试剂后验证假设3成立的实验现象是___________________。
(7)在假设3成立的前提下,某同学考虑用Ba(OH)2代替Ca(OH)2,测定蓝绿色固体的化学式,若所取蓝绿色固体质量为27.1g,实验结束后装置B的质量增加2.7g,C中的产生沉淀的质量为19.7g。则该蓝绿色固体的化学式为_________________。
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(15分)某化学探究小组拟用废铜屑制取Cu(NO3)2:,并探究其化学性质。
I.如图,用浓HNO3,和过量的废铜屑充分反应制硝酸铜溶液。
(1)写出铜与浓硝酸反应的离子方程式 。
(2)①装置中NaOH溶液的作用是 。
②欲从反应后的溶液中得到硝酸铜晶体,实验操作步骤是蒸发浓缩、 、过滤。
③你认为此装置是否合理,并说明原因 。
如果不合理,同时在原装置上改进;如果合理,只需说明原因。
Ⅱ.为了探究的热稳定性,探究小组按下图装置进行实验。(图中铁架台、铁夹和加热仪器均略去)
【实验装置】
【实验操作及现象】往试管中放人研细的无水Cu(NO3)2:晶体并加热,观察到试管中有红棕色气体生成,最终残留黑色粉末;用U型管除去红棕色气体,在集气瓶中收集到无色气体。
【解释与结论】
(3)①红棕色气体是 。
②根据现象判断在加热条件下可以分解,其化学反应方程式为 。
Ⅲ.利用Cu(NO3)2制备浅绿色的碱式碳酸铜[CuCO3·Cu(OH)2]。
向大试管中加入一定量的碳酸钠溶液和硝酸铜溶液,水浴加热,用0.4 mol/L的NaOH溶液调节pH至8.5,振荡、静置、过滤、洗涤、干燥,得到样品。
【实验数据】反应温度对样品的影响
实验序号 | 1 | 2 | 3 | 4 |
温度/℃ | 35 | 50 | 70 | 95 |
样品颜色 | 深蓝色 | 深蓝色 | 浅绿色 | 暗蓝色 |
样品中碱式碳酸铜 的质量分数/% | 90.9 | 92.7 | x | 92.0 |
(4)滤液中可能含有 ,写出检验的方法 。
(5)95℃时,样品颜色发暗的原因:____ 。
(6)70C时,实验得到2.38 g样品,取此样品加热至分解完全(杂质不分解),得到1.76 g固体,此样品中碱式碳酸铜的质量分数是 。
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