高中化学常见气体制备原理及装置选择试题

ClO₂是一种国际上公认的安全无毒的绿色水处理剂。回答下列问题：
（1）工业废水的处理：
某实验兴趣小组通过右图装置制备ClO₂，并用它来处理Wg某T业废水（含Mn²⁺、CN^-等）。
已知：i．ClO₂为黄绿色气体，极易溶于水，沸点11℃；
ii．ClO₂易爆炸，若用“惰性气体”等稀释时，爆炸性则大大降低；
iii．某T业废水处理过程中Mn²⁺转化为MnO₂、CN^－转化为对大气无污染的气体；
iv．装置B中发生的反应为：H₂C₂O₄+H₂SO₄+2KClO₃=K₂SO₄+2CO₂++2C1O₂+H₂O.
①A装置的名称是              ，C装置的作用为               。
②用H₂C₂O₄溶液、稀硫酸和KC1O₃制备ClO₂的最大优点是                  。
③写出装置D中除去Mn²⁺的离子方程式                  。
④E装置中盛放的试剂可选用               （填标号）。
a．CCl₄      b．H₂O     c．稀盐酸     d．NaOH溶液
（2）废水中CN^-含量的测定：
另取工业废水W g于锥形瓶中，加入10 mL0.10 mol／L的硫酸溶液，用0.020 0 mol／L的KMnO₄标准溶液进行滴定，当达到终点时共消耗KMnO₄标准溶液25. 00 mL。在此过程中：
①使用棕色滴定管的原因是             ，滴定终点的判断依据是________________。
②W g 工业废水中CN^-的含量为          mol。
③若滴定管在盛放标准溶液前未用标准液润洗，则测定结果将     （填“偏高”、“偏低” 或“无影响”）。

二甲醚（CH₃OCH₃）和甲醇（CH₃OH）被称为21世纪的新型燃料．以CH₄和H₂O为原料制备二甲醚和甲醇的工业流程如下：

请填空：
（1）一定条件下，反应室1中发生反应CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）△H＞0．其它条件不变，只降低温度，逆反应速率将                       （填“增大”、“减小”或“不变”）．
（2）图1中反应室3（容积可变的密闭容器）中0.2mol CO与0.4mol H₂在催化剂作用下发生可逆反应生成甲醇：CO（g）+2H₂（g）CH₃OH（g），CO的平衡转化率与温度、压强的关系如图2所示，则：

①P₁                 P₂（填“＜”、“＞”或“=”）．
②在压强P₁下，100℃时反应达到化学平衡，反应室3的容积变为2L，此时CO平衡常为                 ， 若温度不变，再加入1.0mol CO后重新达到平衡，CO的平衡转化率         （填“增大”、“不变”或“减小”）．
③保持容积为2L不变，温度100℃不变，向反应室3中再通入0.2mol CO与0.4mol H₂，CO的平衡转化率      （填“增大”、“不变”或“减小”）．

世界环保联盟建议全面禁止使用氯气对饮用水进行消毒，而建议采用高效“绿色‘消毒剂二氧化氯。二氧化氯是一种极易爆炸的强氧化性气体、易溶于水，不稳定，呈黄绿色。在生产和使用时必须尽量用稀有气体进行稀释，同时需要避免光照、震动或加热。实验室以电解法制备二氧化氯的流程如图：

（1）二氧化氯中所有原子           （填“是”“不是”）都满足8电子结构。如图所示，用电解法制得的产物中，杂质气体B能是石蕊试液显蓝色，除去杂质气体可选用             （填序号）。
A．饱和食盐水         B．碱石灰            C．浓硫酸            D．蒸馏水
（2）稳定性二氧化氯是为推广二氧化氯而开发的新型产品。下列说法正确的是            （填序号）。
A．二氧化氯克广泛用于工业和饮用水处理
B．二氧化氯的消毒效率比氯气的消毒效率高
C．稳定性二氧化氯的出现大大增加了二氧化硫的使用范围
D．在工作区和成品储藏室内，要有通风装置和监测及警报装置
（3）欧洲国家主要采用铝酸钠氧化浓盐酸制备二氧化氯。化学反应方程式为                  。缺点主要是产率低，产品难以分离。还可能污染环境。
（4）我国广泛采用经干燥空气稀释的氯气与固体亚氯酸钠（NaClO2）反应制备二氧化氯，化学方程式为         。此法相比欧洲方法的优点是                。
（5）科学家又研究出了一种新的制备方法，利用硫酸酸化的操作（H2C2O4）溶液还原铝酸钠，化学反应方程式为        。此法提高了生产及储存、运输的安全性，原因是                  。

PbI₂是生产新型敏化太阳能电池的敏化剂——甲胺铅碘的原料。合成PbI₂的实验流程如下：

（1）将铅块制成铅花的目的是              。
（2）31.05g铅花用5.00mol·L^－1的硝酸溶解，至少需消耗5.00 mol·L^－1硝酸              mL，同时产生                  L(标准状况下)NO。
（3）取一定质量(CH₃COO)₂Pb·nH₂O样品在N₂气氛中加热，测得样品固体残留率（）随温度的变化如下图所示（已知：样品在75℃时已完全失去结晶水）。

①(CH₃COO)₂Pb·nH₂O中结晶水数目n=            （填数字）。
②100～200℃间分解产物为铅的氧化物和一种有机物，则该有机物为              （写结构简式）。
（4）称取一定质量的PbI₂固体，用蒸馏水配制成室温时的饱和溶液，准确移取25.00mLPbI₂饱和溶液分次加入阳离子交换树脂RH中，发生：2RH(s) + Pb²⁺(aq) = R₂Pb(s) +2H⁺(aq)，用锥形瓶接收流出液，最后用蒸馏水淋洗树脂至流出液呈中性，将洗涤液合并到锥形瓶中。加入2～3滴酚酞溶液，用0.002500mol·L^－1NaOH溶液滴定，到滴定终点时用去氢氧化钠标准溶液20.00mL。计算室温时PbI₂的Ksp (请给出计算过程)。

实验室用图示装置制备KClO溶液，再与KOH、Fe(NO₃)₃溶液反应制备高效净水剂K₂FeO₄。
【查阅资料】Cl₂与KOH溶液在20℃以下反应生成KClO，在较高温度下则生成KClO₃；K₂FeO₄易溶于水、微溶于浓KOH溶液，在0℃～5℃的强碱性溶液中较稳定。
【制备KClO及K₂FeO₄】
（1）仪器a的名称：                ，装置C中三颈瓶置于冰水浴中的目的是             。
（2）装置B吸收的气体是            ，装置D的作用是                。
（3）C中得到足量KClO后，将三颈瓶上的导管取下，依次加入KOH溶液、Fe(NO₃)₃溶液，水浴控制反应温度为25℃，搅拌1.5 h，溶液变为紫红色（含K₂FeO₄），该反应的离子方程式为           。再加入饱和KOH溶液，析出紫黑色晶体，过滤，得到K₂FeO₄粗产品。
（4）K₂FeO₄粗产品含有Fe(OH)₃、KCl等杂质，其提纯步骤为：
①将一定量的K₂FeO₄粗产品溶于冷的3 mol/LKOH溶液中，②             ，③            ，
④搅拌、静置、过滤，用乙醇洗涤2～3次，⑤在真空干燥箱中干燥。
【测定产品纯度】
（5）称取提纯后的K₂FeO₄样品0.2100 g于烧杯中，加入强碱性亚铬酸盐溶液，反应后再加稀硫酸调节溶液呈强酸性，配成250 mL溶液，取出25.00 mL放入锥形瓶，用0.01000 mol/L的(NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液滴定至终点，重复操作2次，平均消耗(NH₄)₂Fe(SO₄)₂溶液30.00 mL。涉及主要反应为：Cr(OH)₄^-＋FeO₄^2-==Fe(OH)₃↓＋CrO₄^2-＋OH^-，Cr₂O₄^2-＋6Fe²⁺＋14H⁺==6Fe³⁺＋2Cr³⁺＋7H₂O，则该K₂FeO₄样品的纯度为           。

Na₂S₂O₃俗称大苏打（海波）是重要的化工原料。用Na₂SO₃和硫粉在水溶液中加热反应，可以制得Na₂S₂O₃。已知10℃和70℃时，Na₂S₂O₃在水中的溶解度分别为60.0g和212g。常温下，从溶液中析出的晶体是Na₂S₂O₃·5H₂O。
现实验室欲制取Na₂S₂O₃·5H₂O晶体（Na₂S₂O₃·5H₂O的分子量为248）
步骤如下：
①称取12.6g Na₂SO₃于烧杯中，溶于80.0mL水。
②另取4.0g硫粉，用少许乙醇润湿后，加到上述溶液中。
③（如图所示，部分装置略去），水浴加热，微沸，反应约1小时后过滤。

④滤液在经过            、           后析出Na₂S₂O₃·5H₂O晶体。
⑤进行减压过滤并干燥。
（1）仪器B的名称是____________。其作用是__________。加入的硫粉用乙醇润湿的目的是             。
（2）步骤④应采取的操作是              、           。
（3）滤液中除Na₂S₂O₃和可能未反应完全的Na₂SO₃外，最可能存在的无机杂质是             。
（4）为了测产品的纯度，称取7.40g 产品，配制成250mL溶液，用移液管移取25.00mL于锥形瓶中，滴加淀粉溶液作指示剂，再用浓度为0.0500mol/L 的碘水，用酸式滴定管来滴定（2S₂O₃^2－+ I₂＝ S₄O₆^2－+ 2I^－），滴定结果如下：

滴定次数	滴定前读数（mL）	滴定滴定后读数（mL）
第一次	0.00	30.82
第二次	0.00	30.80
第三次	0.00	30.78

列式并计算所得产品的纯度                                                ，
你认为影响纯度测定的主要原因是（不考虑操作引起误差）                   。

金属钛(Ti)因其硬度大、熔点高、常温时耐酸碱腐蚀而被广泛用作高新科技材料，被誉为“未来金属”。以钛铁矿(主要成分钛酸亚铁)为主要原料冶炼金属钛同时获得副产品甲的工业生产流程如下。

请回答下列问题。
（1）钛酸亚铁（用R表示）与碳在高温下反应的化学方程式为2R+C===2Fe+2TiO₂+CO₂↑，钛酸亚铁的化学式为______；钛酸亚铁和浓H₂SO₄反应的产物之一是TiOSO₄，反应中无气体生成，该反应的化学方程式为_________。
（2）上述生产流程中加入铁屑的目的是___________。此时溶液中含有Fe^2＋、TiO^2＋和少量Mg^2＋等阳离子。常温下，其对应氢氧化物的K_sp如下表所示。

氢氧化物	Fe(OH)2	TiO(OH)2	Mg(OH)2
Ksp	8.0×10^－16	1.0×10^－29	1.8×10^－11

 
①常温下，若所得溶液中Mg^2＋的物质的量浓度为0.001 8 mol/L，当溶液的pH等于________时，Mg(OH)₂开始沉淀。
②若将含有Fe^2＋、TiO^2＋和Mg^2＋的溶液加水稀释，立即析出大量白色沉淀，该反应的离子方程式为____________。
（3）中间产品乙与焦炭、氯气在高温下发生反应制取TiCl₄的方程式为_______。Mg还原TiCl₄过程中必须在1070 K的温度下进行，你认为还应该控制的反应条件是_______。除去所得金属钛中少量的金属镁可用的试剂是______。
（4）在800～1 000 ℃时电解TiO₂也可制得海绵钛，装置如下图所示。

图中b是电源的________极，阴极的电极反应式为________。

工业中以铝土矿(主要成分为Al₂O₃，另含有Fe₂O₃和SiO₂)为原料冶炼铝过程如下图所示。

试回答下列问题：
（1）实验室进行过滤用到的玻璃仪器有烧杯、________、________。
（2）操作II中生成不溶物C的离子方程式是                        。
（3）氧化铝的熔点高达2050℃，工业上为降低能耗，在铝的电解冶炼时，采取的措施是             。
（4）电解冶炼铝时，阳极和阴极以碳素材料制成，电解过程中，阳极材料需定期进行更换，原因是                    。
（5）为了提高综合经济效益，实际工业生产中常将上述反应中的相关物质循环利用。其部分转化关系如下图所示：

①上述转化中未涉及四种基本反应类型中的                反应；
②写出过程③的化学方程式：                         。
（6）科学研究表明，人体过量吸入铝元素会严重危害身体健康。请你结合实际提出两条杜绝铝元素过量吸入的措施：____________。

绿矾(FeSO₄·7H₂O)广泛用于工农业生产。下面是以市售铁屑(含少量锡、氧化铁等杂质)为原料生成纯净绿矾的一种方法：

查询资料，得有关物质的数据如下表：

25℃时	pH值
饱和H2S溶液	3.9
SnS沉淀完全	1.6
FeS开始沉淀	3.0
FeS沉淀完全	5.5

（1）操作II中，通入硫化氢至饱和的目的是_________________________；在溶液中用硫酸酸化至pH=2的目的是_________________________；
（2）操作IV得到的绿矾晶体用少量冰水洗涤，其洗涤的目的是_________________________；用冰水的原因是_________________________；
（3）次氯酸盐在碱性条件下氧化硫酸亚铁可得高冷净水剂K₂FeO₄，离子方程式为_______________；
（4）25℃时，将FeSO₄·7H₂O样品溶于水配成FeSO₄溶液，该溶液中的Fe²⁺在空气中易被氧化成Fe³⁺，若向完全被氧化后的溶液中滴加NaOH溶液，当滴至溶液的pH=4时，溶液中的c(Fe³⁺)=________mol/L。[已知该温度下，Fe(OH)₃的Ksp=4.0×10^-38]
（5）将8.34gFeSO₄·7H₂O样品隔绝空气加热脱水，其热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示：
①在100℃时M的化学式为______________________；
②FeSO₄·7H₂O晶体中有______种不同结合力的水分子。

某化学研究性学习小组模拟工业流程制备无水FeCl₃，再用副产品FeCl₃溶液吸收有毒的H₂S。
【查阅资料】经查阅资料得知：无水FeCl₃在空气中易潮解，加热易升华。
【设计方案】学习小组设计了制备无水FeCl₃的实验方案，装置示意图(加热及夹持装置略去)及操作步骤如下：

①检验装置的气密性；②通入干燥的Cl₂，赶尽装置中的空气；③用酒精灯在铁屑下方加热至反应完成；④……；⑤体系冷却后，停止通入Cl₂，并用干燥的N₂赶尽Cl₂，将收集器密封。
请回答下列问题：
（1）Fe元素的原子结构示意图为______________。FeCl₃是___________化合物（填“离子”或“共价”）。
（2）装置A中反应的化学方程式为______________。
（3）第③步加热后，生成的烟状FeCl₃大部分进入收集器，少量沉积在反应管A右端。要使沉积的FeCl₃进入收集器，第④步操作是____________。
（4）操作步骤中，为防止FeCl₃潮解所采取的措施有(填步骤序号)____________。
（5）装置B中冷水浴的作用为____________；装置C的名称为____________；装置D中FeCl₂全部反应后，因失去吸收Cl₂的作用而失效，写出检验FeCl₂是否失效的试剂K₃[Fe(CN)₆]是配位化合物，其配位数为___________，配体为__________。
（6）该组同学用装置D中的副产品FeCl₃溶液吸收H₂S，得到单质硫；FeCl₃与H₂S反应的离子方程式为________________。

硅酸钠被国家列为“我国优先发展的精细化学品”和“今后我国无机化工产品发展重点”之一。下图是用海边的石英砂（含氯化钠、氧化铁等杂质）制备硅酸钠的工艺流程示意简图：

（1）要将洗出液中的溶质析出，采用的方法是           （填：“蒸发”、“降温”）结晶；蒸发时用到的硅酸盐仪器有              、             、           。
（2）上述流程中加入NaOH溶液，反应的离子方程式为               。
（3）用上述残渣中的氧化铁焊接铁轨，其铝热反应的化学方程式为（并在方程式中用“单线桥”标出电子转移方向和数目）                 。

苯甲酸是一种重要的化工原料。实验室合成苯甲酸的原理、有关数据及装置示意图如下:

草酸(H₂C₂O₄)为易溶于水的固体
某学习小组在实验室制备、分离、提纯苯甲酸,并测定所得样品的纯度，步骤如下：
一、制备苯甲酸
在三颈瓶中加人2.7mL甲苯、100mL水和2~3片碎瓷片，开动电动搅拌器，a中通入流动水，在石棉网上加热至沸腾，然后分批加入8.5g高锰酸钾，继续搅拌约4~5h，直到甲苯层几乎近于消失、回流液不再出现油珠，停止加热和搅拌，静置。
二、分离提纯
在反应混合物中加入一定量草酸充分反应，过滤、洗涤，将滤液放在冰水浴中冷却，然后用浓盐酸酸化，苯甲酸全部析出后减压过滤，将沉淀物用少量冷水洗涤，挤压去水分后放在沸水浴上干燥，得到粗产品。
三、测定纯度
称取mg产品，配成100mL乙醇溶液，移取25.00mL溶液于锥形瓶，滴加2~3滴酚酞，然后用标准浓度KOH溶液滴定。
请回答下列问题:
（1）装置a的名称是____________,其作用为______________________。
（2）甲苯被高锰酸钾氧化的原理为:
,
请完成并配平该化学方程式。
（3）分离提纯过程中加人的草酸是一种二元弱酸,反应过程中有酸式盐和无色气体生成。加入草酸的作用是_______,请用离子方程式表示反应原理_________________________。
（4）产品减压过滤时用冷水洗涤的原因是________________________。
（5）选用下列__________操作,可以将粗产品进一步提纯。(选填字母)

A．溶于水后过滤

B．溶于乙醇后蒸馏

C．用甲苯萃取后分液

D．升华

（6）测定纯度步骤中,滴定终点溶液的颜色变化是______________。若m=1.200g,滴定时用去0.1200mol· L^－1标准KOH溶液20.00mL,则所得产品中苯甲酸的质量分数为_______________。

某研究性学习小组为合成1-丁醇，查阅资料得知一条合成路线：
CH₃CH=CH₂+CO+H₂CH₃CH₂CH₂CHOCH₃CH₂CH₂CH₂OH；
CO的制备原理：HCOOHCO↑+H₂O，CO的制备装置如图所示。请填写下列空白：

（1）装置a的作用是             ；
（2）实验时向装置b中加入几粒沸石的作用是             ，某同学进行实验时，加热后发现未加沸石，应采取的正确方法是                  ；
（3）装置c的作用是                 ；
（4）实验室用浓硫酸和2-丙醇制备丙烯时，还产生少量SO₂、CO₂及水蒸气，该小组用以下试剂检验这四种气体，混合气体通过试剂的顺序是④—_______—_______—_______—②（填序号，试剂可以重复使用）；
①饱和Na₂SO₃溶液  ②酸性KMnO₄溶液  ③石灰水  ④无水CuSO₄     ⑤品红溶液
写出生成SO₂、CO₂及水蒸气反应的化学方程式                       ；
（5）合成的1-丁醇中常含有杂质丁醛，设计出如下提纯路线：

已知：①R-CHO+NaHSO₃（饱和）→RCH(OH)SO₃Na↓；②沸点：乙醚 34℃，1-丁醇 118℃
试剂1为        ，操作1为        ，操作2为       ，操作3为       ；
（6）现用60g 2-丙醇制备1-丁醇，经分析知：由2-丙醇制备丙烯时的产率为85℅，由丙烯制丁醛产率为80℅，由丁醛制1-丁醇产率为75℅，则制得1-丁醇为          g。

阿司匹林（乙酰水杨酸，）是世界上应用最广泛的解热、镇痛和抗炎药．乙酰水杨酸受热易分解，分解温度为128～135℃．某学习小组在实验室以水杨酸（邻羟基苯甲酸）与醋酸酐[(CH₃CO)₂O]为主要原料合成阿司匹林，制备基本操作流程如下：

主要试剂和产品的物理常数

名称	相对分子质量	熔点或沸点（℃）	水
水杨酸	138	158（熔点）	微溶
醋酸	102	139.4（沸点）	反应
乙酸水杨酸	180	135（熔点）	微溶

请根据以上信息回答下列问题：
（1）制备阿司匹林时，要使用干燥的仪器的原因是_____________________；
（2）写出制备阿司匹林的化学方程式_____________________；
（3）①合成阿斯匹林时，最合适的加热方法是____________；
②过滤所得粗产品要用少量冰水洗涤，则洗涤的具体操作是_____________________；
（4）提纯粗产物中加入饱和NaHCO₃溶液至没有CO₂产生为止，再过滤，则加饱和NaHCO₃溶液的目的是_____________________；另一种改进的提纯方法，称为重结晶提纯法．方法如下：

（5）改进的提纯方法中加热同流的装置如下图所示，使用温度计的目的是_______________；冷凝水的流进方向是__________（填“b”或“c”）。

（6）检验产品中是否含有水杨酸的试剂是_______________；
（7）该学习小组在实验中原料用量：2.0g水杨酸、5.0mL醋酸酐（ρ=1.08g/cm³），最终称得产品m=2.2g，则所得乙酰水杨酸的产率为_______________；

重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO·Cr₂O₃）为原料生产。实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如下，涉及的主要反应是：FeO·Cr₂O₃ + 24NaOH + 7KClO₃ = 12Na₂CrO₄  + 3Fe₂O₃  + 7KCl + 12H₂O。

试回答下列问题：
（1）在反应器①中，有Na₂CrO₄生成，同时Fe₂O₃转变为NaFeO₂，杂质SiO₂、Al₂O₃与纯碱反应转变为可溶性盐，写出二氧化硅、氧化铝分别与碳酸钠反应的化学方程式：______________、________________。
（2）NaFeO₂能强烈水解，在操作②中生成沉淀而除去，写出该反应的化学方程式：                。
简述检验溶液中是否存在Fe^{3 +}的方法是：                         。
（3）操作③的目的是什么，用简要的文字和化学方程式说明：                   。
（4）操作④中，酸化时，CrO₄^2-转化为Cr₂O₇^2-，写出平衡转化的离子方程式：              。
（5）铬（Cr）与铝的性质相似，试写出Cr(OH)₃ 溶于NaOH 溶液所发生反应的离子反应方程式：                         。