铬是一种银白色金属,化学性质稳定,以+2、+3和+6价为常见价态。工业上以铬铁矿(主要成分为FeO·Cr2O3,含有Al2O3、SiO2等杂质)为主要原料生产金属铬和重铬酸钠(Na2Cr2O7·2H2O),其主要工艺流程如下:
已知:①Na2Cr2O7是一种强氧化剂
②常温下,NaBiO3不溶于水,有强氧化性,在碱性条件下,能将Cr3+转化为CrO42—
⑴工业上常采用热还原法制备金属铬,写出以Cr2O3为原料,利用铝热反应制取金属铬的化学方程式: ;
⑵酸化滤液D时,不选用盐酸的原因是 ;
⑶固体E的主要成分是Na2SO4,根据下图分析操作a为 ;
⑷已知含+6价铬的污水会污染环境。电镀厂产生的镀铜废水中往往含有一定量的Cr2O72—,处理该废水常用还原沉淀法,具体流程如下:
①Cr(OH)3的化学性质与Al(OH)3相似。在上述生产过程中加入NaOH溶液时要控制溶液的pH不能过高,是因为 ;
②下列溶液中可以代替上述流程中Na2S2O3溶液的是 (填选项序号)
A.FeSO4溶液 B.浓H2SO4 C.酸性KMnO4溶液 D.Na2SO3溶液
③上述流程中,每消耗0.1molNa2S2O3转移0.8mole—,则加入Na2S2O3溶液时发生反应的离子方程式为 ;
⑸根据有关国家标准,含CrO42—的废水要经化学处理,使其浓度降至5.0×10—7mol·L—1以下才能排放。用以下方法处理废水:加入可溶性钡盐生成BaCrO4沉淀[Ksp(BaCrO4)=1.2×10—10],再加入可溶性硫酸盐处理多余的Ba2+。则加入可溶性钡盐后的废水中Ba2+的浓度应不小于 mol·L—1,废水处理后方能达到国家排放标准。
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为研究铜与浓硫酸的反应,某化学兴趣小组进行如下实验。
实验I:反应产物的定性探究
按下图装置(固定装置已略去)进行实验
(1)A中反应的化学方程式为: 。
(2)实验过程中,能证明浓硫酸中硫元素的氧化性强于氢元素的现象是_____________。
(3)实验结束后,证明A装置试管中反应所得产物是否含有铜离子的操作方法是 。
(4)为说明浓硫酸中的水是否影响B装置现象的判断,还须进行一次实验。实验方案为 。
(5)某同学想用SO2气体进行喷泉实验(装置如图所示),烧杯中的溶液可以为 (填序号)
a.NaOH溶液 b.饱和NaHSO3溶液 c.氯水 d. KMnO4溶液
实验Ⅱ:反应产物的定量探究
(6)为测出硫酸铜的产率,将该反应所得溶液中和后配制成250.00 mL溶液,取该溶液25.00 mL加入足量KI溶液振荡,以淀粉溶液为指示剂,用b mol·L-1Na2S2O3溶液滴定生成的I2,3次实验平均消耗该Na2S2O3溶液V mL。若反应消耗铜的质量为ag,则硫酸铜的产率为 (已知:2Cu2++4I-=2CuI+I2,2S2O32-+I2=S4O62-+2I-)。
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“一器多用”可实现多方面的化学实验探究,某课外活动小组学生利用图15所示的仪器组合(省略夹持和净化装置)来完成下列实验,回答下列问题:
(1)仪器a的名称为______________,仪器a在使用前要________________。
(2)该装置可用于某些气体的制取、收集及尾气处理裝置,下表中3个实验的设计方案合理的是_________________(填序号)
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 | 稀硝酸 | Cu | NO | H2O |
B | 稀H2SO4 | CaCO3 | CO2 | NaOH溶液 |
C | 浓氨水 | NaOH固体 | NH3 | H2O |
(3)氨气和氯气接触时会产生白烟,请写出相应的化学方程式:_______________________。
(4)上述装置若a中的物质为浓硫酸,b中的物质为Cu片,在加热条件下也可制取SO2。
①下列装置可用于SO2尾气处理的是(夹持仪器已略去)_____________(填序号)。
用Fe2(SO4)3溶液也可吸收多余的SO2气体.写出SO2与Fe2(SO4)3溶液反应的离子方程式:_______________________。
②某小组用反应产生的CuSO4溶液来制取胆矾,测定所得胆矾(CuSO4·xH2O)中结晶水x的值,各次 称量的数据如下表:
称量 | 第1次 | 第2次 | 第3次 | 第4次 | 第5次 |
质量(g) | m1=5.4 | m2=8.2 | m3=7.4 | m4=7.2 | m5=7.2 |
则胆矾应放在____________(填仪器名称)中加热;必须要进行恒重操作的原因是__________________;CuSO4·xH2O中的x=___________(保留1位小数);若测定结果x偏大,可能的原因是____________(填序号)。
a.加热温度过高 b.胆矾晶体的颗粒较大 c.加热后放在空气中冷却
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二氧化硫是硫的重要化合物,在生产、生活中有广泛应用。探究二氧化硫的制取和性质都有着非常重要的意义。
(1)工业上用黄铁矿(FeS2,其中S元素为-1价)在高温下和氧气反应制备SO2:
该反应中被氧化的元素是__________(填元素符号)。当该反应转移5.50mol电子时,生成的二氧化硫在标准状况下的体积为________L。
(2)①实验室可用70%的浓硫酸和亚硫酸钠反应制取二氧化硫,如果能控制反应速度,下图中可选用的发生装置是_______(填写字母)。
②若用硫酸和亚硫酸钠反应制取3.36L(标准状况)二氧化硫,如果已有4.0%亚硫酸钠(质量分数)被氧化成硫酸钠,则至少需称取该亚硫酸钠_______g(保留一位小数)。
(3)某化学兴趣小组设计用如图装置验证二氧化硫的化学性质。
①能说明二氧化硫具有氧化性的实验现象为___________________________。
②为验证二氧化硫的还原性,充分反应后,取试管b中的溶液分成三份,分别进行如下实验:
方案Ⅰ:向第一份溶液加入品红溶液,红色褪去
方案Ⅱ:向第二份溶液加入BaCl2溶液,产生白色沉淀
方案Ⅲ:向第三份溶液中加入AgNO3溶液,有白色沉淀生成
上述方案中合理的是________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”);试管b中发生反应的离子方程式为______________。
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三苯甲醇()是一种重要的化工原料和医药中间体,实验室合成三苯甲醇其合成流程如图1所示,装置如图2所示。
已知:(Ⅰ)格氏试剂容易水解,
(碱式溴化镁);
(Ⅱ)相关物质的物理性质如下:
物质 | 熔点 | 沸点 | 溶解性 |
三苯甲醇 | 164.2℃ | 380℃ | 不溶于水,溶于乙醇、乙醚等有机溶剂 |
乙醚 | -116.3℃ | 34.6℃ | 微溶于水,溶于乙醇、苯等有机溶剂 |
溴苯 | -30.7°C | 156.2°C | 不溶于水,溶于乙醇、乙醚等多数有机溶剂 |
苯甲酸乙酯 | -34.6°C | 212.6°C | 不溶于水 |
Mg(OH)Br | 常温下为固体 | 能溶于水,不溶于醇、醚等有机溶剂 | |
(Ⅲ)三苯甲醇的分子量是260,纯净固体有机物一般都有固定熔点。
请回答以下问题:
(1)图2中玻璃仪器B的名称: ;装有无水CaCl2的仪器A的作用是 ;
(2)图2中滴加液体未用普通分液漏斗而用滴液漏斗的作用是 ;制取格氏试剂时要保持微沸,可以采用 (方式)加热,优点是 ;
(3)制得的三苯甲醇粗产品中,含有乙醚、溴苯、苯甲酸乙酯等有机物和碱式溴化镁等杂质,可以设计如下提纯方案,请填写如下空白:
其中,①操作为: ;洗涤液最好选用: (从选项中选);
A、水 B、乙醚 C、乙醇 D、苯
检验产品已经洗涤干净的操作为: 。
(4)纯度测定:称取2.60g产品,配成乙醚溶液,加入足量金属钠(乙醚与钠不会反应),充分反应后,测得生成气体体积为100.80ml标准状况)。产品中三苯甲醇质量分数为 (保留两位有效数字)。
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(20分)亚硝酸钠是一种工业盐,用途广泛,外观与食盐非常相似,但毒性较强,食品添加亚硝酸钠必须严格控制用量。某化学兴趣小组对食盐与亚硝酸钠进行了如下探究:
(一)鉴别NaCl和NaNO2
(1)测算溶液pH
常温下,用pH试纸分别测定0.1 mol·L-1两种盐溶液的pH,测得NaNO2溶液呈碱性。
NaNO2溶液呈碱性的原因是________________(用离子方程式解释)。
NaNO2溶液中HNO2的准确浓度为________mol·L-1(测得NaNO2溶液pH=b,用含b的代数式表示)。
(2)沉淀法
取2 mL 0.1mol·L-1两种盐溶液于试管中,分别滴加几滴稀硝酸银溶液,两只试管均产生白色沉淀,分别滴加几滴稀硝酸并振荡,盛NaNO2溶液的试管中沉淀溶解。
该温度下Ksp(AgNO2)=1.8×10-8(mol2/L2);Ksp(AgCl)=1.8×10-10(mol·L-1)2
则反应AgNO2(s)+Cl-(aq)AgCl(s)+NO2-(aq)的化学平衡常数K=________。
(3)氧化法
取2 mL 0.1mol·L-1两种盐溶液于试管中,分别滴加几滴酸性KMnO4溶液,使酸性KMnO4溶液褪色的是NaNO2溶液。该反应的离子方程式为______________________________。
(二)NaNO2性质探究
该兴趣小组同学用下图装置探究亚硝酸钠与硫酸反应及气体产物成分。
已知:气体的液化温度:NO221℃、NO–152℃
(1)为了检验装置A中生成的气体产物,仪器的连接顺序为(从左向右连接):A→_______→_________→_________→_________;组装好仪器后,接下来须进行的操作是_________________。
(2)反应前应打开弹簧夹,先通入一段时间氮气,排除装置中的空气。
(3)关闭弹簧夹,打开分液漏斗活塞,滴入70%硫酸溶液后,A中产生红棕色气体。
①如何验证A中产生的气体中含有NO_________。(写出实验操作、现象和结论)
②装置E的作用是_____________________________。
③A装置中发生反应的化学方程式为_________________________________________。
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(16分)水处理剂在生产生活中有重要的应用。
(1)聚合氯化铝晶体([Al2(OH)nCl6-n∙xH2O]m)是一种高效无机水处理剂,它的制备原理是通过调节增大A1C13溶液的pH,促进其水解而结晶析出。利用高岭土制备聚合氯化铝,其制备过程有如下两种途径:
说明:①高岭土的化学组成为:Al2O3、SiO2、Fe2O3及少量有机杂质和水分,
②高岭土在煅烧的过程中可除去有机杂质和水分。
①途径I和途径Ⅱ中最合理的是_________。
②途径I中加入铝粉最主要的目的是__________(选填序号字母)。
a.中和过量的盐酸 b.将Fe3+还原为Fe2+
c.除去溶液中的铁元素 d.制备生成聚合氯化铝所需要的AlCl3
③加入碳酸钙调节溶液pH至4.0~4.5的目的是_______________________。
④蒸发浓缩过程中生成Al2(OH)nCl6-n∙xH2O的化学反应方程式是_______。
(2)Na2FeO4是一种既能杀菌、消毒,又能絮凝净水的水处理剂。电解法制备Na2FeO4的装置如右图所示:
请根据图示回答:电解过程的化学方程式为_________;电路中每通过0.6 mol电子在Ni电极上产生的气体在标况下的体积为_________;隔膜应选择__________(填“阳离子交换膜”或“阴离子交换膜”)。
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(14分)草酸镍晶体(NiC2O4•2H2O)可用于制镍催化剂,某小组用废镍催化剂(成分为Al2O3、Ni、Fe、SiO2、CaO等)制备草酸镍晶体的部分实验流程如下:
已知:①Ksp(CaF2)=1.46×10﹣10,Ksp(CaC2O4)=2.34×10﹣9.
金属离子 | 开始沉淀的pH | 沉淀完全的pH |
Fe3+ | 1.1 | 3.2 |
Fe2+ | 5.8 | 8.8 |
Al3+ | 3.0 | 5.0 |
Ni2+ | 6.7 | 9.5 |
②相关金属离子生成氢氧化物沉淀的pH如下表(开始沉淀的pH按金属离子浓度为1.0mol∙L﹣1计算).
(1)“粉碎”的目的是 .
(2)保持其他条件相同,在不同温度下对废镍催化剂进行“酸浸”,镍浸出率随时间变化如图.“酸浸”的适宜温度与时间分别为 (填字母).
a.30℃、30min b.90℃、150min
c.70℃、120min d.90℃、120min
(3)证明“沉镍”工序中Ni2+已经沉淀完全的实验步骤及现象是 .将“沉镍”工序得到的混合物过滤,所得固体用75%乙醇溶液洗涤、110℃下烘干,得草酸镍晶体.用75%乙醇溶液洗涤的目的是 .
(4)在除铁和铝工序中,应先加入H2O2氧化,再加氢氧化镍调节pH值的范围为 .第2步中加入适量NH4F溶液的作用是 .
(5)将得到的草酸镍晶体在真空中加热至320℃分解可重新制得单质镍催化剂,写出该制备过程的化学方程式: .
(6)已知废镍催化剂中镍的质量分数为5.9%,则100kg废镍催化剂最多可制得 kg草酸镍晶体(Ni:59,C:12,H:1,O:16).
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(14分)某研究性实验小组欲验证浓硝酸在与Cu、Ag合金的反应过程中除生成NO2气体外,还会有少量NO生成、并测定Cu、Ag合金中Cu的质量分数.查阅相关资料表明:“常温下,NO2与N2O4混合存在,在低于0℃时几乎只有无色的N2O4液体或晶体存在.”为此,他们设计了如图所示的装置.
请回答下列问题
(1)写出A中Cu与HNO3反应可能的化学方式 .
(2)实验开始前先打开A部分的活塞K1,持续通入一段时间的氮气再关闭K1,其目的是 ;装置中B瓶的作用是 .
(3)停止反应后,打开D中的活塞K2并通入O2,若有NO生成,则D中出现的现象是 ;实验发现,通入的O2温度高低对实验现象有较大影响,为便于观察应通入(填“热”或“冷”) 的O2.
(4)为减小实验误差,在A中反应完成和D中出现现象后,还应继续进行的操作是 .
(5)实验测得如下数据:实验前,Cu、Ag合金的质量:15.0g,浓HNO3:40mL 13.5mol•L﹣1;实验后A溶液:V=40mL c(H+)=1.0mol•L﹣1.假设反应中HNO3既无挥发也无分解,则:
①参加反应的HNO3的物质的量为 mol.
②若已测出反应后E装置的生成物中含氮元素的质量,则为确定合金中Cu的质量分数还需测定的数据是 .
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钨是我国丰产元素,是熔点最高的金属,广泛用于拉制灯泡的灯丝,钨在自然界主要以钨(W) 酸盐的形式存在。有开采价值的钨矿石之一白钨矿的主要成分是CaWO4 ,含有二氧化硅、氧化铁等杂质,工业冶炼钨流程如下:
已知:① 钨酸酸性很弱,难溶于水
② 完全沉淀离子的pH值:SiO32—为8,WO42—为5
③ 碳和金属钨在高温下会反应生成碳化钨
(1)74W在周期表的位置是第 周期。
(2)CaWO4与纯碱发生的化学反应方程式是________________。
(3)滤渣B的主要成分是(写化学式)_____________。
调节pH可选用的试剂是:__________(填写字母序号)。
A.氨水 B.氢氧化钠溶液 C.盐酸 D.碳酸钠溶液
(4)母液中加入盐酸的离子方程式为 。检验沉淀C是否洗涤干净的操作是 。
(5)为了获得可以拉制灯丝的高纯度金属钨,不宜用碳而必须用氢气作还原剂的原因是 。
(6)将氢氧化钙加入钨酸钠碱性溶液中可得到钨酸钙,已知温度为T时Ksp(CaWO4) =1×10—10,
Ksp[Ca(OH)2]= 4×10—7,当溶液中WO42-恰好沉淀完全(离子浓度等于10-5mol/L)时,溶液中= 。
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