高中化学氧化还原反应实验题

立德粉 $ZnS·BaS{O}_4$ （也称锌钡白），是一种常用白色颜料。回答下列问题：   

（1）利用焰色反应的原理既可制作五彩缤纷的节日烟花，亦可定性鉴别某些金属盐。灼烧立德粉样品时，钡的焰色为__________（填标号）。            

A．	黄色
B．	红色
C．	紫色
D．	绿色

（2）以重晶石（ $BaS{O}_4$ ）为原料，可按如下工艺生产立德粉：

①在回转窑中重晶石被过量焦炭还原为可溶性硫化钡，该过程的化学方程式为________。回转窑尾气中含有有毒气体，生产上可通过水蒸气变换反应将其转化为 $C{O}_2$ 和一种清洁能源气体，该反应的化学方程式为________。

②在潮湿空气中长期放置的"还原料"，会逸出臭鸡蛋气味的气体，且水溶性变差。其原因是"还原料"表面生成了难溶于水的________（填化学式）。

③沉淀器中反应的离子方程式为________。

（3）成品中 $S^{2-}$ 的含量可以用"碘量法"测得。称取 $\mathrm{mg}$ 样品，置于碘量瓶中，移取 $25.00mL 0.1000mol·L^{-1}$ l的 $I_2-KI$ 溶液于其中，并加入乙酸溶液，密闭，置暗处反应 $5min$ ，有单质硫析出。以淀粉溶液为指示剂，过量的 $I_2$ 用 $0.1000mol·L{ }^{-1}$ $N{a}_2{S}_2{O}_3$ 溶液滴定，反应式为 ${\mathrm{I}}_2+2\mathrm{}{\text{S}}_{\text{2}}{\text{O}}_3^{2-}={2\mathrm{I}}^{-}+{\text{S}}_4{\text{O}}_6^{2-}$ 。测定时消耗 $N{a}_2{S}_2{O}_3$ 溶液体积 $VmL$ 。终点颜色变化为________，样品中 $S^{2-}$ 的含量为________（写出表达式）。

我国是世界上最早制得和使用金属锌的国家。一种以闪锌矿（ZnS,含有 和少量FeS、CdS、PbS杂质）为原料制备金属锌的流程如图所示：

相关金属离子 形成氢氧化物沉淀的pH范围如下：

回答下列问题：    

（1）焙烧过程中主要反应的化学方程式为________。    

（2）滤渣1的主要成分出 $\mathit{Si}{O}_2$ 外还有________;氧化除杂工序中ZnO的作用是________.若不通入氧气，其后果是________。    

（3）溶液中的 $C{d}^{2+}$ 可用锌粉除去，还原除杂工序中反应的离子方程式为________。    

（4）电解硫酸锌溶液制备单质锌时，阴极的电极反应式为________;沉积锌后的电解液可返回________工序继续使用。    

采用 $N_2{O}_5$ 为硝化剂是一种新型的绿色硝化技术，在含能材料、医药等工业中得到广泛应用，回答下列问题：    

（1）1840年 Devil用干燥的氯气通过干燥的硝酸银，得到 $N_2{O}_5$ ， 该反应的氧化产物是一种气体，其分子式为________。    

（2）F.Daniels等曾利用测压法在刚性反应器中研究了25℃时 $N_2{O}_5$ (g)分解反应：

其中 $N{O}_2$ 二聚为 $N_2{O}_4$ 的反应可以迅速达到平衡,体系的总压强p随时间t的变化如下表所示(t=x时, $N_2{O}_4$ (g)完全分解):

t/min	0	40	80	160	260	1300	1700	∞
P/kPa	35.8	40.3	42.5	45.9	49.2	61.2	62.3	63.1

①已知： $2N_2{O}_5（g）=2N_2{O}_4（g）+O_2（g）$ $△H_1=-4.4kJ·mo{l}^{-1}$

$2N{O}_2（g）=N_2{O}_4（g）$ $△H_2=-55.3kJ·mo{l}^{-1}$

则反应 $N_2{O}_5\left(g\right)=2N{O}_2\left(g\right)+\frac{1}{2}{O}_2\left(g\right)$ 的△H=________ $kJ·mo{l}^{-1}$

②研究表明, $N_2{O}_5$ (g)分解的反应速率  $v=2\times {10}^{-3}\times p_{N_2{O}_3}(KPa·mi{n}^{-1})$ ，t=62min时,测得体系中 $p_{O_2}=2.9kPa$  ,则此时的 $p_{N_2{O}_5}$ =________  kPa，V=________ kPa， $mi{n}^{-1}$ 。

③若提高反应温度至35℃,则 $N_2{O}_5(g）$ 完全分解后体系压强 $p_X$ (35℃)________63.1kPa(填"大于""等于"或"小于"),原因是________。

④25℃时 $N_2{O}_4\left(g\right) \leftrightharpoons 2N{O}_2\left(g\right)$ 反应的平衡常数 $K_p=$ ________ kPa ( $K_p$ 为以分压表示的平衡常数,计算结果保留1位小数)。

（3）对于反应 $2N_2{O}_5\left(g\right)\to 4N{O}_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)$ ,R，A，Ogg提出如下反应历程:

第一步 $N_2{O}_5\leftrightharpoons N{O}_3+N{O}_2$    快速平衡

第二步 $N{O}_2+N{O}_3\rightharpoonup NO+N{O}_2+O_2$      慢反应

第三步 $NO+N{O}_3\rightharpoonup 2N{O}_2$     快反应

其中可近似认为第二步反应不影响第一步的平衡。下列表述正确的是 __________（填标号)。

A．	ν(第一步的逆反应P>ν(第二步反应)
B．	反应的中间产物只有 $N{O}_3$
C．	第二步中 $N{O}_2$ 与 $N{O}_3$ 的碰撞仅部分有效
D．	第三步反应活化能较高。

醋酸亚铬[ $( C{H}_{3}COO{)}_{₂}Cr·2H_{₂}O$ ］为砖红色晶体,难溶于冷水,易溶于酸,在气体分析中用作氧气吸收剂,一般制备方法是先在封闭体系中利用金属锌作还原剂,将三价铬还原为二价铬;二价铬再与醋酸钠溶液作用即可制得醋酸亚铬。实验装置如图所示，回答下列问题：

（1）实验中所用蒸馏水均需经煮沸后迅速冷却,目的是________，仪器a的名称是________。

（2）将过量锌粒和氯化铬固体置于c中,加入少量蒸馏水,按图连接好装置,打开 $K_1$ , $K_2$ ,关闭 $K_3$ 。

①c中溶液由绿色逐渐变为亮蓝色,该反应的离子方程式为________。

②同时c中有气体产生,该气体的作用是________。

（3）打开 $K_3$ ,关闭 $K_1$ 和 $K_2$ 。c中亮蓝色溶液流入d,其原因是________；d中析出砖红色沉淀,为使沉淀充分析出并分离,需采用的操作是________、________、洗涤、干燥。

（4）指出装置d可能存在的缺点________。

硫酸铁铵 $[{\mathit{NH}}_4{Fe\left({\mathit{SO}}_4\right)}_2\bullet x{H}_{2}O]$ 是一种重要铁盐。为充分利用资源，变废为宝，在实验室中探究采用废铁屑来制备硫酸铁铵，具体流程如下：

回答下列问题：

（1）步骤①的目的是去除废铁屑表面的油污，方法是_________________。

（2）步骤②需要加热的目的是_________________，温度保持 $80~95\mathrm{}\mathrm{℃}$ ，采用的合适加热方式是_________________。铁屑中含有少量硫化物，反应产生的气体需要净化处理，合适的装置为_________________（填标号）。

（3）步骤③中选用足量的 $H_2{O}_2$ ，理由是________。分批加入 $H_2{O}_2$ ，同时为了____________，溶液要保持 $\mathit{pH}$ 小于0.5。

（4）步骤⑤的具体实验操作有______________，经干燥得到硫酸铁铵晶体样品。

（5）采用热重分析法测定硫酸铁铵晶体样品所含结晶水数，将样品加热到150 ℃时，失掉1.5个结晶水，失重5.6%。硫酸铁铵晶体的化学式为______________。

硼酸 $（H_3{\mathit{BO}}_3）$ 是一种重要的化工原料，广泛应用于玻璃、医药、肥料等工艺。一种以硼镁矿（含 ${Mg}_2{B}_2{O}_5\bullet H_{2}O、{SiO}_2$ 及少量 ${Fe}_2{O}_3、{Al}_2{O}_3$ ）为原料生产硼酸及轻质氧化镁的工艺流程如下：

回答下列问题：

（1）在 $95℃$ "溶侵"硼镁矿粉，产生的气体在"吸收"中反应的化学方程式为_________。

（2）"滤渣1"的主要成分有_________。为检验"过滤1"后的滤液中是否含有 ${\mathrm{Fe}}^{3+}$ 离子，可选用的化学试剂是_________。

（3）根据H3BO3的解离反应： $H_3{\mathit{BO}}_3+H_{2}O\rightleftharpoons H^{+}+B{\left(\mathit{OH}\right)}_4^{-}$ ， ${\mathrm{K}}_a=5.81\times {10}^{-10}$ ，可判断 $H_3{\mathit{BO}}_3$ 是_______酸；在"过滤2"前，将溶液pH调节至3.5，目的是_______________。

（4）在"沉镁"中生成 ${Mg\left(\mathit{OH}\right)}_2\bullet {Mg\mathit{CO}}_3$ 沉淀的离子方程式为__________，母液经加热后可返回___________工序循环使用。由碱式碳酸镁制备轻质氧化镁的方法是_________。

氧化石墨烯具有稳定的网状结构，在能源、材料等领域有着重要的应用前景。通过氧化剥离石墨制备氧化石墨烯的一种方法如下（装置如图所示）：

Ⅰ.将浓 $H_{2}S{O}_4$ 、 $\mathit{NaN}{O}_3$ 、石墨粉末在c中混合，置于冰水浴中。剧烈搅拌下，分批缓慢加入 $\mathit{KMn}{O}_4$ 粉末。塞好瓶口。

Ⅱ.转至油浴中， $35℃$ 搅拌1小时。缓慢滴加一定量的蒸馏水。升温至 $98℃$ 并保持1小时。

Ⅲ.转移至大烧杯中，静置冷却至室温。加入大量蒸馏水，而后滴加 $H_2{O}_2$ 至悬浊液由紫色变为土黄色。

Ⅳ.离心分离，稀盐酸洗涤沉淀。

Ⅴ.蒸馏水洗涤沉淀。

Ⅵ.冷冻干燥，得到土黄色的氧化石墨烯。

回答下列问题：

（1）装置图中，仪器a、c的名称分别是 　　、 　　，仪器b的进水口是 　　（填字母）。

（2）步骤Ⅰ中，需分批缓慢加入 $\mathit{KMn}{O}_4$ 粉末并使用冰水浴，原因是 　　。

（3）步骤Ⅱ中的加热方式采用油浴，不使用热水浴，原因是 　　。

（4）步骤Ⅲ中， $H_2{O}_2$ 的作用是 　　（以离子方程式表示）。

（5）步骤Ⅳ中，洗涤是否完成，可通过检测洗出液中是否存在 $S{O_4}^{2﹣}$ 来判断。检测的方法是 　　。

（6）步骤Ⅴ可用 $\mathit{pH}$ 试纸检测来判断 $C{l}^{﹣}$ 是否洗净，其理由是 　　。

某油脂厂废弃的油脂加氢镍催化剂主要含金属Ni、Al、Fe及其氧化物，还有少量其他不溶性物质。采用如图工艺流程回收其中的镍制备硫酸镍晶体（NiSO ₄•7H ₂O ）：

溶液中金属离子开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示：

金属离子	Ni ^2+	Al ^3+	Fe ^3+	Fe ^2+
开始沉淀时（c＝0.01 mol•L ^﹣ ^1）的pH 沉淀完全时（c＝1.0×10 ^﹣ ^5mol•L ^﹣ ^1）的pH	7.2 8.7	3.7 4.7	2.2 3.2	7.5 9.0

回答下列问题：

（1）"碱浸"中NaOH的两个作用分别是 　　。为回收金属，用稀硫酸将"滤液①"调为中性，生成沉淀。写出该反应的离子方程式 　　。

（2）"滤液②"中含有的金属离子是 　　。

（3）"转化"中可替代H ₂O ₂的物质是 　　。若工艺流程改为先"调pH"后"转化"，即 ，"滤液③"中可能含有的杂质离子为 　   。

（4）利用上述表格数据，计算Ni（OH） ₂的K _sp＝ 　　（列出计算式）。如果"转化"后的溶液中Ni ²⁺浓度为1.0mol•L ^{﹣ 1}，则"调pH"应控制的pH范围是 　　。

（5）硫酸镍在强碱溶液中用NaClO氧化，可沉淀出能用作镍镉电池正极材料的NiOOH．写出该反应的离子方程式 　　。

（6）将分离出硫酸镍晶体后的母液收集、循环使用，其意义是 　　。

为验证不同化合价铁的氧化还原能力，利用下列电池装置进行实验。

回答下列问题：

（1）由FeSO ₄•7H ₂O固体配制0.10mol•L ^{﹣ 1}FeSO ₄溶液，需要的仪器有药匙、玻璃棒、 　　（从下列图中选择，写出名称）。

（2）电池装置中，盐桥连接两电极电解质溶液。盐桥中阴、阳离子不与溶液中的物质发生化学反应，并且电迁移率（u ^∞）应尽可能地相近。根据下表数据，盐桥中应选择 　　作为电解质。

阳离子	u ^∞×10 ^8/（m ^2•s ^﹣ ^1•V ^﹣ ^1）	阴离子	u ^∞×10 ^8/（m ^2•s ^﹣ ^1•V ^﹣ ^1）
Li ^+	4.07	HCO 3 ^﹣	4.61
Na ^+	5.19	NO 3 ^﹣	7.40
Ca ^2+	6.59	Cl ^﹣	7.91
K ^+	7.62	SO 4 ^2 ^﹣	8.27

（3）电流表显示电子由铁电极流向石墨电极。可知，盐桥中的阳离子进入 　　电极溶液中。

（4）电池反应一段时间后，测得铁电极溶液中c（Fe ²⁺）增加了0.02mol•L ^{﹣ 1}．石墨电极上未见Fe析出。可知，石墨电极溶液中c（Fe ²⁺）＝ 　　。

（5）根据（3）、（4）实验结果，可知石墨电极的电极反应式为 　　，铁电极反应式为 　　。因此，验证了Fe ²⁺氧化性小于 　　，还原性小于 　　。

（6）实验前需要对铁电极表面活化。在FeSO ₄溶液中加入几滴Fe ₂（SO ₄） ₃溶液，将铁电极浸泡一段时间，铁电极表面被刻蚀活化。检验活化反应完成的方法是 　　。

CO₂/HCOOH循环在氢能的贮存/释放、燃料电池等方面具有重要应用。

（1）CO₂催化加氢。在密闭容器中，向含有催化剂的KHCO₃溶液（CO₂与KOH溶液反应制得）中通入H₂生成HCOO^﹣，其离子方程式为　　；其他条件不变，HCO₃^﹣转化为HCOO^﹣的转化率随温度的变化如图1所示。反应温度在40℃～80℃范围内，HCO₃^﹣催化加氢的转化率迅速上升，其主要原因是　　。

（2）HCOOH燃料电池。研究HCOOH燃料电池性能的装置如图2所示，两电极区间用允许K⁺、H⁺通过的半透膜隔开。

①电池负极电极反应式为　　；放电过程中需补充的物质A为　　（填化学式）。

②如图2所示的HCOOH燃料电池放电的本质是通过HCOOH与O₂的反应，将化学能转化为电能，其反应的离子方程式为　　。

（3）HCOOH催化释氢。在催化剂作用下，HCOOH分解生成CO₂和H₂可能的反应机理如图3所示。

①HCOOD催化释氢反应除生成CO₂外，还生成　　（填化学式）。

②研究发现：其他条件不变时，以HCOOK溶液代替HCOOH催化释氢的效果更佳，其具体优点是　　。