高中化学保护水资源实验题

防止水体污染，改善水质，最根本的措施是控制工业废水和生活污水的排放。有一种工业废水，已知其中含有大量的Fe²⁺和SO₄^2－，少量的Ag⁺和Na⁺，以及部分污泥。某校化学兴趣小组同学通过下列操作过程，回收物质，处理废水。

根据上述操作过程，回答下列问题：
（1）在实验室进行Ⅰ操作时，需要的主要玻璃仪器有                。
（2）操作Ⅱ的名称是                 。
（3）向溶液A中需要加入过量X，X是                  ，发生反应的离子方程式为              。
（4）上述操作回收到的固体B是                 ，晶体是                    。（两空均写名称）

(15分)【化学——选修2  化学与技术】
碘酸钾是一种白色结晶，无臭无味，酸性条件下碘酸钾是一种较强的氧化剂，与氢碘酸、二氧化硫等还原性物质作用，被还原为单质碘；在碱性介质中，碘酸钾能被氯气、次氯酸盐等氧化为高碘酸钾。碘酸钾在常温下稳定，加热至560℃开始分解。工业生产碘酸钾的流程如图所示，在反应器中发生反应的化学方程式为：6I₂ + 11KClO₃ + 3H₂O=====6KH(IO₃)₂ + 5KCl + 3Cl₂

试回答下列问题：
（1）步骤① 反应器发生的反应中，转移电子总数为                       
（2）步骤② 中，用硝酸而不用HI，其原因可能是                       
（3）步骤③ 要保持溶液微沸1小时以完全排出氯气，排出氯气的原因为                       
（4）实验中涉及两次过滤，在实验室进行过滤实验中，用到的玻璃仪器有                       
（5）步骤⑧ 用氢氧化钾调节溶液的pH，反应的化学方程式为：                       
（6）参照下表碘酸钾的溶解度，步骤⑾得到碘酸钾晶体，你建议的方法是                       

下面是一些实验室制备硫酸铜的实验设计。
实验一：用铜与浓硫酸反应制取硫酸铜。
实验二：将适量浓硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全制取硫酸铜。（装置如下图中的图I．图Ⅱ）。

实验三：将铜粉在某仪器中反复灼烧，使铜粉充分与空气发生反应生成氧化铜，再将氧化铜与稀硫酸反应，经后续步骤可得到硫酸铜晶体。
实验四：向铜粉和稀硫酸的混合物中加入H₂O得到硫酸铜。
请回答实验中的有关问题。
（1）实验一中发生反应的化学反应方程式为____，这种方法的缺点是____。
（2）实验二装置图中分液漏斗里盛装的液体是____。图Ⅱ是图I的改进装置，分析图II装置的优点是       。
（3）实验三中用于灼烧的仪器名称是       。该实验中的后续步骤指的是__      。
（4）实验四中发生反应的化学方程式为____。
（5）除上面的实验设计外，请你再设计一种只用铜和稀硫酸为原料制取硫酸铜的方法（写出化学反应方程式）。

SO₂是一种重要的化工原料，也是引起酸雨污染的重要来源。
(1)某兴趣小组采用如图所示装置制取SO₂

①下列实验方案适用如图所示装置制取所需SO₂的试剂是_______(填序号）。

A．Na2SO3溶液与稀硝酸

B．Na2SO3固体与浓硫酸

C．固体硫和氧气

D．铜与浓硫酸

②a的仪器名称是_______。
③尾气吸收装置的连接顺序是b接(   )接 (   )接e。
(2)为了回收利用SO₂废气，研究人员研制了利用低品位软锰矿浆(主要成分是MnO₂)吸收高温焙烧含硫废渣产生的SO₂废气，制备硫酸锰晶体(生产流程，其流程示意图如下：

已知：浸出液的pH<2，其中的金属离子主要是Mn2+，还含有少量的Fe^2＋、Al^3＋等其他金属离子。有关金属离子形成氢氧化物沉淀时溶液的pH见下表：

请回答：
①含Al^3＋的盐常用作净水剂，用离子方程式表示其净水原理________________________。
②浸出过程中主要反应的化学方程式是___________________________________________。
③氧化过程中加入MnO₂粉的目的是______________________________________________;
反应的离子方程式是_________________________________________________________。
④用石灰浆调节pH，pH应调节的范围是___________________________________。
⑤滤渣的主要成分是____________________________________。

使用酸碱中和滴定法测定市售白醋的总酸量（g/100mL）。
Ⅰ．实验步骤：
（1）配制100mL待测白醋溶液。量取10.00mL食用白醋，注入烧杯中用水稀释后转移到100mL ___________（填仪器名称）中定容，摇匀即得。
（2）用       取待测白醋溶液20.00 mL于锥形瓶中，向其中滴加2滴           作指示剂。
3）读取盛装0.1000 mol/L NaOH 溶液的             （填仪器名称）的初始读数。如果液面位置如右图所示，则此时的读数为         ml。

4）滴定。当                              时，停止滴定，并记录NaOH溶液的最终读数。再重复滴定3次。
Ⅱ．实验记录

滴定次数 实验数据（mL）	1	2	3	4
V(样品)	20.00	20.00	20.00	20.00
V(NaOH)（消耗）	15.95	15.00	15.05	14.95

Ⅲ．数据处理与讨论：
（5）甲同学在处理数据时计算得：
平均消耗的NaOH溶液的体积 V =" [(15.95+15.00+15.05+14.95)" /4 ]mL = 15.24mL。
指出他的计算的不合理之处：                                            。
（6）乙同学仔细研究了该品牌白醋的标签，发现其中还含有苯甲酸钠作为食品添加剂，他想用资料法验证醋酸与苯甲酸钠不会发生离子互换反应，需查找在一定温度下的醋酸与苯甲酸的           （填写序号）。a．pH            b．沸点         c．电离常数         d．溶解度
（7）在本实验的滴定过程中，下列操作会使实验结果偏大的是        （填写序号）。
a．未用标准NaOH溶液润洗滴定管   
b．碱式滴定管的尖嘴在滴定前有气泡，滴定后气泡消失
c．锥形瓶中加入待测白醋溶液后，再加入少量水 
d. 锥形瓶在滴定时剧烈摇动，有少量液体溅出  

[2012·漳州质检]2012年1月，广西河池龙江河段检测出重金属镉离子（Cd²⁺）含量超标，当地政府积极展开治污工作。聚合氯化铝可以将离子状态的镉固化，这是当前可采取治理镉污染的最有效方法。
已知：①煤矸石是煤矿在洗煤和选煤过程中大量排出的固体废弃物，煤矸石主要含Al₂O₃、SiO₂及铁的氧化物。
②聚合氯化铝（[Al₂(OH)_nCl_6-n]_m(1≤n≤5，m≤10)，商业代号PAC）是一种新型、高效絮凝剂和净水剂。
以煤矸石为原料，采用铝盐水解絮凝剂，制得聚合氯化铝的工艺流程如下：

回答下列相关问题：
（1）向反应器中加入混合酸（20%的硫酸和盐酸）酸浸，其目的是                 。
（2）流程中残渣1可用于工业上制取粗硅，写出该反应的化学方程式                 。
（3）流程中残渣2的主要成分是         ，确认该成分中阳离子的方法是            。
（4）聚合氯化铝除镉的原理是生成了氢氧化铝胶体吸附镉离子，确定已生成氢氧化铝胶体的方法可利用胶体性质中的               。
常温下以溶液pH为横坐标，Cd²⁺离子的除去率为纵坐标，实验结果如图所示，由图可知，Cd²⁺离子的除去率最高时，溶液的c(OH^-)=            。

下表是某城市某日的空气质量报告：

污染指数	首要污染物	空气质量级别	空气质量状况
55	SO2	II	良

该市某校研究性学习小组对表中首要污染物SO₂导致酸雨的成因进行了如下探究：
[探究实验一]用下图所示装置进行实验。

① A装置的作用是     （填“干燥”或“氧化”）SO₂气体。
②实验过程中，B装置内石蕊试纸的颜色没有发生变化，C装置内湿润的蓝色石蕊试纸变   色，说明SO₂与水反应生成一种酸。
③ D装置的作用是         ，D中发生反应的化学方程式是             。
[探究实验二]往盛有水的烧杯中通入SO₂气体，测得所得溶液的pH     7（填“＞”“＝”或“＜”），然后每隔1 h测定其pH，发现pH逐渐     （填“变大”或“变小”），直至恒定。说明烧杯中的溶液被空气中的氧气氧化最终生成H₂SO₄。
[查阅资料]SO₂形成酸雨的另一途径为：SO₂与空气中的O₂在飘尘的作用下反应生成SO₃，SO₃溶于降水生成H₂SO₄。则在此过程中的飘尘是作为     （填“催化剂”或“氧化剂”）。
[探究结论]SO₂与空气中的氧气、水反应生成硫酸而形成酸雨。该市可能易出现酸雨。
[知识拓展]
（1）汽车排放的尾气，硝酸、化肥等工业生产排出的废气中都含有氮的氧化物，氮的氧化物溶于水最终转化为     ，是造成酸雨的另一主要原因。
（2）该市某工厂的燃料煤中硫的质量分数为0.16%，该工厂每天燃烧这种煤100吨。如果煤中的硫全部转化为SO₂，那么这些SO₂在标准状况下的体积约为     m³。

工业上生产高氯酸时，还同时生产了一种常见的重要含氯消毒剂和漂白剂
亚氯酸钠（NaClO₂），其工艺流程如下：

已知：
1．NaHSO₄溶解度随温度的升高而增大，适当条件下可结晶析出。
2．高氯酸是至今为止人们已知酸中的最强酸，沸点90℃。
请回答下列问题
（1）反应器Ⅰ中发生反应的化学方程式为                ，冷却的目的是              ，能用蒸馏法分离出高氯酸的原因是                     。
（2）反应器Ⅱ中发生反应的离子方程式为                               。
（3）通入反应器Ⅱ中的SO₂用另一物质H₂O₂代替同样能生成 NaClO₂ ，请简要说明双氧水在反应中能代替SO₂的原因是                                          
（4）Ca(ClO)₂ 、ClO₂、NaClO、NaClO₂ 等含氯化合物都是常用的消毒剂和漂白剂是因为它们都具有                       请写出工业上用氯气和NaOH溶液生产另一种消毒剂 NaClO的离子方程式                                           

(9分)工业上采用的一种污水处理方法如下：保持污水的pH在5.0 ~ 6.0之间，通过电解生成Fe(OH)₃．Fe(OH)₃有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化水的作用．阴极产生的气泡把污水中悬浮物带到水面形成浮渣层，刮去(或撇掉)浮渣层，即起到了浮选净化的作用．某科研小组用该原理处理污水，设计装置示意图如图所示．

(l)实验时若污水中离子浓度较小，导电能力较差，产生气泡速率缓慢，无法使悬浮物形成浮渣．此时应向污水中加入适量的                       
a．HCl       b．CH₃CH₂OH      c．Na₂SO₄      d． NaOH    
(2)电解池阳极实际发生了两个电极反应，其中一个反应生成一种无色气体，则阳极的电极反应式分别是I．                                   ； II．                                    
(3)该燃料电池是以熔融碳酸盐为电解质，CH₄为燃料，空气为氧化剂，稀土金属材料做电极．正极的电极反应是__________________________________；     
(4)已知燃料电池中有1.6 g CH₄参加反应，则C电极理论上生成气体        L (标准状况)．
(5)若将装置中的甲部分换为如图所示的装置，

电解至CuSO₄完全反应，继续电解后加入            可能恢复至原浓度。

地下水中硝酸盐造成的氮污染已成为一个世界性的环节问题。文献报道某课题组模拟地下水脱氮过程，利用粉和溶液反应，探究脱氮原理及相关因素对脱氮速率的影响。
（1）实验前：①先用0.1洗涤粉，其目的是，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将溶液的调至2.5；③为防止空气中的对脱氮的影响，应向溶液中通入（写化学式）。
（2）右图表示足量粉还原上述溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、随时间的变化关系（部分副反应产物曲线略去）。请根据图中信息写出t₁时刻前该反应的离子方程式。t₁时刻后，改反应仍在进行，溶液中的浓度在增大，的浓度却没有增大，可能的原因是。

（3）改课题组对影响脱氮速率的因素提出了如下假设，请你完成假设二和假设三：
假设一：溶液的；
假设二：；
假设二：；
（4）请你设计实验验证上述假设一，写出实验步骤及结论。（已知：溶液中的浓度可用离子色谱仪测定)

SO₂是一种重要的化工原料，也是引起酸雨污染的重要来源。
（1）下列有关酸雨的说法正确的是                    （填序号）。
A. SO₂、NO₂或CO₂都会导致酸雨的形成
B. NO不溶于水，所以不会造成酸雨污染
C. 燃煤时鼓入足量空气，可以减少酸雨的产生
D. 采用清洁能源，可以减少酸雨的产生
（2）某兴趣小组采用右图装置制取并探究SO₂气体的性质。
①下列实验方案适用于用右图所示装置制取所需SO₂的是           （填序号）。

A. Na₂SO₃溶液与HNO₃                 B. Na₂SO₃固体与浓硫酸
C. 固体硫在纯氧中燃烧               D.铜与浓H₂SO₄
②组装完仪器后，检查装置气密性的方法是：关闭活塞b，                          
                                                                                  
                                                                                  
③指导老师指出应增加一尾气吸收装置，并帮助同学们设计了如下装置，其中合理的是
                （填序号）。

④小组同学设计在试管d中加入FeCl₃溶液，验证SO₂的还原性。为了验证SO₂与Fe³⁺发生了氧化还原反应，他们在通入足量SO₂后，取试管d中的溶液，分成三份，并设计了如下实验：
方案A：往第一份试液中加入KmnO₄溶液，紫红色褪去
方案B：往第二份试液加入KSCN溶液，不变红，再加入新制的氯水，溶液变红
方案C：往第三份试液加入用稀盐酸酸化的BaCl₂，产生白色沉淀。
上述方案不合理的是      原因是                                      

Fenton法常用于处理含难降解有机物的工业废水，通常是在调节好PH和Fe²⁺浓度的废水中加入H₂O₂，所产生的羟基自由基能氧化降解污染物。现运用该方法降解有机污染物p－CP，探究有关因素对该降解反应速率的影响。
[实验设计]控制p－CP的初始浓度相同，恒定实验温度在298K或313K（其余实验条件见下表），设计如下对比试验。
（1）请完成以下实验设计表（表中不要留空格）。

实验 编号	实验目的	T/K	PH	c/10^－3mol·L^－1
H2O2	Fe^2+
①	为以下实验作参考	298	3	6．0	0．30
②	探究温度对降解反应速率的影响
③		298	10	6．0	0．30

    [数据处理]实验测得p－CP的浓度随时间变化的关系如右上图。

（2）请根据右上图实验①曲线，计算降解反应在50~150s内的反应速率：
v（p－CP）="     ______________ " mol·L^－1·s^－1
[解释与结论]
（3）实验①、②表明温度升高，降解反应速率增大。但温度过高时反而导致降解反应速率减小，请从Fenton法所用试剂H₂O₂的角度分析原因：___________________  。
（4）实验③得出的结论是：pH等于10时，_________________________________。
[思考与交流]  
（5）实验时需在不同时间从反应器中取样，并使所取样品中的反应立即停止下来。根据上图中的信息，给出一种迅速停止反应的方法：
                                   .。

工业和交通运输业的迅速发展，城市人口的高度集中，机动车数量的日益增多，人类向大气中大量排放烟尘和有害气体等，对大气造成了严重的污染。启东市近期一次的“空气质量日报”显示，启东的空气已受到一定程度的污染。一研究性学习小组对启东市的空气污染情况进行了下列研究。
⑴小组一同学初步分析得出，启东市空气污染的主要原因可能有如下三种：
A、使用石油液化气             B、燃烧含硫煤             C、粉尘污染
另一同学认为还有一个不可排除的原因是：D：                                  
研究性学习小组就造成启东市空气污染的最主要原因调查了本市100名市民和100位环保部门人士。调查结果如下图所示：
空气污染原因调查人数分布图

从市民和环保人士的不同观点上分析，你认为造成启东市空气污染的主要有害成分是
                   （用化学式表示）
⑵空气污染形成酸雨。研究性学习小组对启东市的雨水进行了采样和分析，刚采集时测得PH为4.82，放在烧杯中经2小时后，再次测得PH为4.68，较长一段时间后发现PH不再变化，对此，你的合理解释是                                         
⑶研究性学习小组取相当于标准状况下的空气1.000L（含氮气、氧气、二氧化碳、二氧化硫等），缓慢通过足量溴水，在所得溶液中加入过量的氯化钡溶液，产生白色沉淀，将沉淀洗涤，干燥，称得其质量为0.233g，进行这一实验的目的是                   ，通过计算得到的结论是                                          （以定量描述）
⑷该小组提出下列措施以减少空气污染主要有害成分排放量，你认为合理的是     
（填序号）
①用天然气代替煤炭作民用燃料               ②改进燃烧技术，提高煤的燃烧效率
③工厂生产时将燃煤锅炉的烟囱造得更高       ④燃煤中加入适量石灰石后使用

近年来，江苏省酸雨污染较为严重，防治酸雨成了迫在眉睫的问题。

（1）有人提出了一种利用氯碱工业产品治理含二氧化硫废气的方法，流程如下： （ I ）将含SO₂的废气通入电解饱和食盐水所得溶液中，得NaHSO₃溶液。（Ⅱ）将电解饱和食盐水所得气体反应后制得盐酸。（III）将盐酸加入NaHSO₃溶液中得SO₂气体回收，生成的NaCl循环利用。
①写出步骤（I）反应的化学方程式：                            
②写出步骤（III）反应的离子方程式：                           
（2）还有学者提出利用 Fe ^2十、Fe^3十等离子的催化作用，常温下将SO₂氧化成SO₄^2一而实现SO₂的回收利用。某研究性学习小组据此设计了如下方案，在实验室条件下测定转化器中SO₂氧化成SO₄^2一的转化率。

①该小组采用下图装置在实验室测定模拟烟气中SO₂的体积分数，X溶液可以是（填
序号）             。（参考：还原性SO₂ > I^- >Br^->Cl^-）

A．碘的淀粉溶液	B．酸性高锰酸钾溶液
C．氢氧化钠溶液	D．氯化钡溶液

②若上述实验是在标准状况下进行的，X是已知体积和物质的量浓度的溶液，欲测
定转化器中SO₂氧化成SO₄^2一的转化率，已知气体流速，还需测定的数据是           
和加入盐酸酸化的氯化钡溶液后生成沉淀的质量。
（3）新型氨法烟气脱硫技术采用氨吸收烟气中SO₂生成亚硫酸铵和亚硫酸氢铵，再用一定量的磷酸进行反应，在反应回收SO₂后的混合物中通入适量的氨气得到一种产品。该技术的优点是            。

(8分)
(1)在一定条件下，乙烯和乙烷都能制备氯乙烷。
请回答：
①由乙烷制备氯乙烷的化学方程式是____________，该反应属于____________反应。
②由乙烯制备氯乙烷的化学方程式是____________，该反应属于____________反应。
③比较两种方法，____________种方法较好，其原因是________________________________。
(2)沼气是一种廉价能源，农村存在大量的秸杆、杂草等废弃物，它们经微生物发酵后，便可产生沼气，可用来点火做饭。
①已知：(C₆H₁₀O₅)n+nH₂O3nCO₂↑+3nCH₄↑+能量，试说明这个总反应的实际价值与意义：____________。
②煤的主要成分是碳，写出煤和沼气的主要成分燃烧的化学方程式____________；并指出哪一种燃料对环境污染小。____________。
③若建立沼气发电站，可实现把____________转化成电能，沼气可称为____________能源。