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）

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）。

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pH7（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。

(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．HClb．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 $Fe$粉和 $KN{O}_3$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 $mol·L^{-1}$ $H_{2}S{O}_4$洗涤 $Fe$粉，其目的是，然后用蒸馏水洗涤至中性；②将 $KN{O}_3$溶液的 $pH$调至2.5；③为防止空气中的 $O_2$对脱氮的影响，应向 $KN{O}_3$溶液中通入（写化学式）。
（2）右图表示足量 $Fe$粉还原上述 $KN{O}_3$溶液过程中，测出的溶液中相关离子浓度、 $pH$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 $N{H_4}^{+}$的浓度在增大， $F{e}^{2+}$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 $pH$；
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 $N{O_3}^{-}$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：
.。

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。

含氮废水进入水体后而对环境造成的污染越来越严重，对含氮废水进行有效的检测和合理的处理是人们研究和关心的重要问题。
⑴环境专家认为可以用金属铝将水体中的NO₃^－还原为N₂，从而消除污染。其反应的离子方程式是：6NO₃^－＋10Al＋18H₂O＝3N₂↑＋10Al(OH)₃＋6OH^—。又有人认为金属镁比铝能更快消除氮的污染，其反应原理和金属铝相同。
写出镁和含NO₃^－的废水反应的离子方程式
____________________。
⑵水中的NO₂^－是含氮有机物分解的产物，其浓度的大小是水源污染程度的标志之一。检测水中的NO₂^－可用目视比色法（比较溶液颜色深浅度以测定所含有色物质浓度的方法），检测步骤如下：
步骤一：配制标准溶液：称取0.69gNaNO₂，溶于水后在容量瓶中稀释至1L得溶液A，移取5mL溶液A，稀释至1L，得溶液B。
步骤二：配制标准色阶：取6只规格为10mL的比色管（即质地、大小、厚薄相同且具有塞的平底试管），分别加入体积不等的溶液B，并稀释至10mL，再加入少许（约0.30g）氨基苯磺酸粉末，实验结果如下表所示。

色阶序号	1	2	3	4	5	6
加入溶液B的体积/mL	0.0	2.0	4.0	6.0	8.0	10.0
反应后溶液颜色	由无色变为由浅到深的樱桃红色

步骤三：取10mL水样倒入比色管中，加少许氨基苯磺酸，显色后与标准色阶对比。
①利用步骤三在野外检测水样污染程度的优点
是。
②步骤二中设计色阶序号1的作用
是。
③如果水样显色后比6号还深，应采取的措施
是。
⑶现有含NH₃为3.4mg·L^—1的废水150m³（密度为1g·cm^-3），可采用如下方法进行处理：将甲醇加入含氨的废水中，在一种微生物作用下发生反应：
2O₂ + NH₃=== NO₃^－ + H⁺ + H₂O 6NO₃^－+ 6H⁺ + 5CH₃OH→ 3N₂↑ + 5CO₂↑ + 13H₂O
若用此方法处理，假设每步的转化率为100%，需要甲醇g。