高中化学常见气体制备原理及装置选择试题

(10 分)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探索。以菱镁矿(主要成分为MgCO₃，含少量FeCO₃ )为原料制备高纯氧化镁的实验流程如下：

（1）MgCO₃与稀硫酸反应的离子方程式为                         。
（2）加入H₂O₂氧化时，发生反应的化学方程式为                         。
（3）滤渣2 的成分是           (填化学式)。
（4）煅烧过程存在以下反应：
2MgSO₄+C2MgO+2SO₂↑+CO₂↑
MgSO₄+CMgO+SO₂↑+CO↑
MgSO₄+3CMgO+S↑+3CO↑
利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸收或收集。

①D中收集的气体可以是          (填化学式)。
②B中盛放的溶液可以是          (填字母)。
a．NaOH 溶液 b．Na₂CO₃溶液  c．稀硝酸  d．KMnO₄溶液
③A中得到的淡黄色固体与热的NaOH溶液反应，产物中元素最高价态为+4，写出该反应的离子方程式：                             。

Na₂SO₃是常用的抗氧剂。
（1）实验室通常用浓硫酸（1：1）和Na₂SO₃微热制备SO₂气体，
反应方程式为：                              ，制备的SO₂气体中通常含有水蒸气，下列干燥剂能干燥SO₂气体的是：            ；
A.浓硫酸     B.碱石灰     C.无水CaCl₂   
（2） 少量SO₂气体通入NaOH溶液中可得NaOH和Na₂SO₃的混合溶液，向该混合溶液中加入少许溴水，振荡后溶液变为无色。碱性溶液中Br₂与Na₂SO₃发生氧化还原反应，反应的离子方程式为______________；
（3）反应后的溶液含有SO₃^2－、SO₄^2－、Br^－、OH^－等阴离子，请填写鉴定其中SO₃^2－、SO₄^2－和Br^－的实验报告；
限选试剂：2 mol·L^－1HCl；1 mol·L^－1H₂SO₄；1mol·L^－1HNO₃；1 mol·L^－1BaCl₂；
1 mol·L^－1Ba(NO₃)₂；0.1 mol·L^－1AgNO₃；CCl₄；苯；新制饱和溴水；新制饱和氯水。

编号	实验操作	预期现象和结论
步骤①	取少量待测液于试管A中，滴加2 mol·L^－1HCl至溶液呈酸性，加入几滴________(填试剂)，振荡	________，证明待测液中含SO3^2-
步骤②	另取少量待测液于试管B中，加入            ，再滴加适量 1 mol·L^－1 BaCl2溶液
步骤③	另取少量待测液于试管C中，                        ，振荡，静置后观察颜色	溶液分层，上层液体呈橙红色，证明待测液中很Br^-

 

工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行了以下探究活动：
（1）将已去除表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是                                                            。
（2）另称取铁钉6.0g放入15.0ml浓硫酸中，加热，充分应后得到溶液X并收集到气体Y。
①甲同学认为X中除Fe³⁺外还可能含有Fe²⁺，若要确认其中的Fe²⁺，应选用      （选填序号）。
a．KSCN溶液和氯水                   b．NaOH溶液
c．浓氨水                            d．酸性KMnO₄溶液
②乙同学取336ml（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应：
SO₂+Br₂+2H₂O=2HBr+H₂SO₄然后加入足量BaCl₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g。由此推知气体Y中SO₂的体积分数为           。
分析上述实验中SO₂体积分数的结果，丙同学认为气体Y中还可能含有H₂和Q气体。为此设计了下列探究实验装置（图中夹持仪器省略）。

（3）装置B中试剂的作用是                                             。
（4）认为气体Y中还含有Q的理由是                                         （用化学方程式表示）。
（5）为确认Q的存在，需在装置中添加M于            （选填序号）。
a．A之前          b．A-B间          c．B-C间        d．C-D间
（6）如果气体Y中含有，预计实验现象应是                                  。

实验室中，用如下图所示装置及所给药品（图中部分夹持仪器已略去）探究工业制硫酸接触室中的反应，并测定此条件下二氧化硫的转化率。已知SO₃熔点为16．8℃，假设气体进入装置时分别被完全吸收，且忽略装置内空气中的CO₂。

（1）已知0．5molSO₂被O₂氧化成气态SO₃，放出49．15 kJ热量，反应的热化学方程式为                                                        。
（2）根据实验目的，请从上面右图中选择Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ处合适的装置，将其序号填入空格中：装置Ⅰ          ，装置Ⅱ          ，装置Ⅲ          。
（3）开始进行实验时，首先应进行的操作是                             。
（4）加热硬质玻璃管时，若不断升高温度，SO₂的转化率会           （填“增大”、“不变”或“减小”）。
（5）停止通入SO₂，熄灭酒精灯后，为使残留在装置中的SO₂、SO₃被充分吸收，操作方法是                                                           。
（6）实验结束后，若装置Ⅱ增加的质量为b g ,装置Ⅲ增加的质量为a g，则此条件下二氧化硫的转化率是            （用含字母的代数表示）。

利用甲烷与氯气发生取代反应制取副产品盐酸的设想在工业上已成为现实。某化学兴趣小组通过在实验室中模拟上述过程，其设计的模拟装置如下：
 
A          B            C                   D              E
（1）写出A装置中发生反应的离子方程式                                         
（2）B装置主要有三种功能：①            ②            ③均匀混合气体；
（3）设V(Cl₂)/V(CH₄)=x，若理论上欲获得最多的氯化氢，则x的值应≥            
（4）D装置中棉花上均匀滴有足量淀粉KI浓溶液，其作用是                ，一段时间后发现
棉花由白色变为   色。
（5）在C装置中，经过一段时间的强光照射，发现硬质玻璃管内壁有黑色小颗粒产生，写出反应的化学方程式                                           。
（6）E装置中使用球形干燥管的作用是                                       
（7）E装置中除盐酸外，还含有有机物，从E中分离出盐酸的最佳方法为      （填字母）。

A．分液法

B．蒸馏法

C．过滤

D．结晶法

工业生产硝酸的尾气中含有氮氧化物NO_x（NO和NO₂的混合物，假设不含N₂O₄），对生态环境和人类健康带来较大的威胁。
（1）工业上可用氨催化吸收法处理NO_x，反应原理为：。某化学兴趣小组模拟该处理过程的实验装置如下（夹持装置已略去）：

①装置A中发生反应的化学方程式为                                 。
②装置D中碱石灰的作用是                       。
（2）工业上也常用Na₂CO₃溶液吸收法处理NO_x。已知：NO不能与Na₂CO₃溶液反应，
NO+ NO₂+Na₂CO₃=2NaNO₂+ CO₂；2NO₂+Na₂CO₃= NaNO₂+ NaNO₃+CO₂．
①当NO_x被Na₂CO₃溶液完全吸收时，x的值不可能是        （填字母）。
A．1.3    B．1.6       C．1.8
②将1 mol NO_x通入Na₂CO₃溶液中，被完全吸收时，溶液中生成的NO^—₃、NO^—₂两种离子的物质的量随x变化关系如图所示：

图中线段a表示        离子随x值变化的关系；若用溶质质量分数为21.2%的Na₂CO₃溶液吸收，则需要Na₂CO₃溶液至少       g。

根据Mg与CO₂的反应推测，Na也能在CO₂中燃烧，且固体产物可能为C、Na₂O和Na₂CO₃中的两种或三种。某兴趣小组用如下装置开展两个阶段的实验探究。

【实验I】引发CO₂与Na反应。操作步骤为：
①按图连接装置，检验装置气密性，并往各装置中加入试剂；      
②打开装置a上活塞一段时间；
③点燃d处酒精灯，使CO₂与Na充分反应。停止加热，继续通气体使双通管冷却。
回答下列问题：
（1）装置a中用到的玻璃仪器有试管和                      ；
（2）装置b中装入的试剂是　　　　　　　　　　　          ；
（3）装置c的作用是　　　　　　　　　　　          ；
（4）步骤②中，当观察到　　　　　　　　　                时，才能进入步骤③。
【实验Ⅱ】探究反应产物及反应机理。取反应后双通管中固体物质29.2 g进行如下实验：
①仔细观察固体，发现有黑色颗粒；
②将固体溶于足量的水并过滤、洗涤，得到1.8 g滤渣（干燥）；
③将滤液加水稀释配成250 mL的溶液；
④取少量③的溶液，先加足量BaCl₂溶液，观察到白色沉淀,所得固体质量为3.94g；再加几滴酚酞试液，溶液变红；
⑤取25.00 mL③的溶液，滴加甲基橙作为指示剂，用3.0 mol·L^-1盐酸滴定，消耗盐酸体积为20.00 mL。
回答下列问题：
（5）如何判断⑤中的滴定终点　　　　　　　　　　　                   
（6）反应后装置d中的固体物质为　　　　　　　　　　　     ；通过计算分析：29.2 g残留固体中，各组分的质量各是多少?　　　　　　　　                   

某课外活动小组拟用下列实验装置探究氯气与氨气之间的反应。其中A、B分别为氨气和氯气的发生装置；C为纯净、干燥的氯气与氨气反应的装置。表中的三个备选装置则是为完成实验必须的设备。各装置之间用橡胶管连接。请回答下列问题：

（1）.若NH₃从左向右流动，Cl₂从右向左流动，则装置的正确连接顺序为：A、_____、_____、_____、_____、B(请将C、D、E、F填在相应的横线上)
（2）正确连接装置后，如何检验A装置的气密性____________________________________。
（3）装置A中的烧瓶内试剂可选用________(选填以下选项的代号)。
A．烧碱     B．浓硫酸     C．生石灰     D．五氧化二磷
（4）装置B中发生反应的离子方程式是______________________________________。
（5）反应开始后，C装置内产生白烟，试写出C内的化学反应方程式___________________。
（6）为使NH₃与Cl₂的混合更充分，Cl₂应从C装置的______口进入(填“a”、“b”、“c”)
（7）该装置是否还存在着缺陷______（填“是”、“否”），如果有，其相应的改进措施是________________________________（如果没有，则不填该空）。

铁黄是一种重要的颜料，化学式为Fe₂O₃·xH₂ O，广泛用于涂料、橡胶、塑料、文教用品等工业。实验室模拟工业利用硫酸渣(含FeZ 0。及少量的CaO, Mg0等)和黄铁矿粉
(主要成分为FeS₂)制备铁黄的流程如下:

（1）操作I与操作II中都用到玻璃棒，玻璃棒在两种操作中的作用分别是_     、      
（2）试剂a最好选用_   (供选择使用的有:铝粉、空气、浓HNO₃ );其作用是_           。
（3）上述步骤中需用到氨气。下列装置可用于实验室制氨气的是_       _(填序号)。

（4）查阅资料知，在不同温度下Fe₂ O₃被CO还原，产物可能为Fe₃ O₄ 、FeO或Fe，固体质量与反应温度的关系如右图所示。根据图象推断670℃时Fe₂ O₃还原产物的化学式为M，并设计一个简单的实验，证明该还原产物的成分(依次填写每步操作中所加试剂的化学式、现象和结论)。仪器自选。可供选择的试剂:稀H₂SO₄、稀盐酸、H₂ O₂溶液、NaOH溶液、KSCN溶液。

加入试剂	现象	结论
		则还原产物为

 

某化学小组设计如图实验装置（夹持装置略去）制备Cl₂并探究氯气的相关性质：

（1）若装置A中的固体药品为KClO₃，则反应中每生成3mol Cl₂ 时转移电子的物质的量
为            。
（2）装置B既能除去氯气中的氯化氢，还能检测实验过程中装置C是否发生堵塞。若C中发生堵塞，B中将观察到的现象是                              。
（3）装置C的作用是验证氯气是否具有漂白性，l处是湿润的有色布条，则Ⅱ、Ⅲ处应加入的物质分别是                   ，                         。
（4）设计装置D、E的目的是比较氯、溴、碘的非金属性。请简述能说明氯、溴、碘非金属性强弱的实验操作及现象                                                                                。
（5）用化学方程式说明装置F的作用                                        。
（6）甲同学提出，装置F中的试剂可改用足量的Na₂SO₃溶液，乙同学认真思考后认为此法不可行。请用离子方程式解释乙认为不可行的原因：                                                       。

PCl₃可用于半导体生产的外延、扩散工序。有关物质的部分性质如下：

	熔点/℃	沸点/℃	密度/g·mL^－1	其他
黄磷	44．1	280．5	1．82	2P(过量)+3Cl22PCl3；2P+5Cl22PCl5
PCl3	—112	75．5	1．574	遇水生成H3PO3和HCl，遇O2生成POCl3
POCl3	2	105．3	1．675	遇水生成H3PO4和HCl，能溶于PCl3

 
（一）制备：RU 图是实验室制备PCl₃的装置（部分仪器已省略）

（1）仪器乙的名称____________。
（2）实验室用漂白粉加浓盐酸制备Cl₂的化学方程式：_______________________ 。
（3）碱石灰的作用是____________________。
（4）向仪器甲中通入干燥Cl₂之前，应先通入一 段时间的CO₂，其目的是____________________。
（二）提纯：
（5）粗产品中常含有POCl₃、PCl₅等。加入黄磷加热除去PCl₅后，通过_________________（填实验操作名称），即可得到PCl₃的纯品。
（三）分析：
测定产品中PCl₃纯度的方法如下：迅速称取4．200 g产品，水解完全后配成500mL溶液，取出25．00mL加入过量的0．1000 mol/L 20．00  mL 碘溶液，充分反应后再用0．1000 mol/L  Na₂S₂O₃溶液滴定过量的碘，终点时消耗10．00  mL Na₂S₂O₃溶液。
已知：H₃PO₃+H₂O+I₂=H₃PO₄+2HI；I₂+2Na₂S₂O₃=2NaI+Na₂S₄O₆；假设测定过程中没有其他反应。
（6）根据上述数据，该产品中PCl₃的质量分数为____________________ 。若滴定终点时俯视读数，则PCl₃的质量分数_______(偏大、偏小、或无影响)

氢化钙（CaH₂）固体是登山运动员常用的能源提供剂。氢化钙要密封保存，一旦接触到水就发生反应生成氢氧化钙和氢气。氢化钙通常用氢气与金属钙加热制取，图1是模拟制取装置：

（1）装置B的作用是                     ；装置D的作用是                     ；
（2）利用图1实验装置进行实验，实验步骤如下：检查装置气密性后装入药品；打开分液漏斗活塞，                            （请按正确的顺序填入下列步骤的序号）。
①加热反应一段时间      ②收集气体并检验其纯度
③关闭分液漏斗活塞      ④停止加热，充分冷却
（3）为了确认进入装置C的氢气已经干燥，应在B、C之间再接一装置，该装置中加入的试剂是：               。
（4）甲同学设计一个实验，测定上述实验中得到的氢化钙的纯度（杂质中不含钙元素。请完善下列实验步骤：
①样品称量；②加入________溶液（填化学式），搅拌、过滤；③________（填操作名称）；④_______  （填操作名称）； ⑤称量碳酸钙。
（5）乙同学利用注射器测量氢化钙和水反应氢气体积的方法，测定上述实验中得到的氢化钙的纯度。他称取46 mg 所制得的氢化钙样品，记录开始时注射器活栓停留在10.00mL刻度处，反应结束后充分冷却，活栓最终停留在57.04mL刻度处（上述气体体积均在标准状况下测定）。试通过计算求样品中氢化钙的纯度：                          。
（6）请你再设计一种氢化钙纯度的测定方法：                                             。

（1）某化学兴趣小组的同学进行Cl₂、NH₃的制备及性质检验等实验的流程和部分装置如下：

请利用A、G装置设计一个简单的实验验证Cl₂、Fe^3＋、I₂的氧化性强弱为Cl₂>Fe^3＋>I₂(实验中不断地小心振荡G装置中的试管)。A中反应物是KMnO₄和浓盐酸，请写出A中发生反应的化学方程式：                                         ，请写出试剂M为           溶液，证明氧化性为Cl₂>Fe^3＋>I₂的实验现象是                                                    。
②已知3Cl₂＋2NH₃=6HCl＋N₂，当D的烧瓶中充满黄绿色气体后，关闭a、c打开b，D中的现象为黄绿色气体消失，产生白烟，反应一段时间后，关闭b打开c，观察到的现象为_________________________________________________________________。
（2）某废水中含有一定量的Na⁺、SO，可能含有CO，某研究小组欲测定其中SO的浓度，设计如下实验方案：

①从下列试剂中选择试剂X为_________（填序号）；
A．0.1 mol/L KMnO₄(H₂SO₄酸化)溶液        B．0.5 mol/L NaOH溶液
C．新制氯水                              D．KI溶液
②加入试剂X生成SO的离子方程式为_____________________________________；
③证明该废水中是否含有CO的实验方案为                                                 。

FeCl₃在现代工业生产中应用广泛。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。
I、经查阅资料得知：无水FeCl₃在空气中易潮解，加热易升华。他们设计了制备无水 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H₂赶尽Cl₂，将收集器密封。
请回答下列问题：
（1）装置A中反应的化学方程式为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
（2）操作步骤中，为防止FeCl₃潮解所采取的措施有（填步骤序号）　　　　　　　 。
（3）如果没有装置C的设计，会导致                       
（4）用离子方程式表示虚线框E中所增加装置和试剂的作用：            。
（5）用装置D中的副产品FeCl₃溶液吸收H₂S，得到单质硫，请写出反应的离子方程式：　　　　 。
Ⅱ、反应结束后，将收集器中所得固体完全溶于稀盐酸，小组同学对所得溶液金属阳离子的成分有三种观点：①只有Fe³⁺；②只有Fe²⁺；③　 　        　　　。
为探究溶液的组成，实验如下：

实验步骤	实验现象	实验结论及反应离子方程式
①取少量所得溶液于试管中，加入少量KSCN溶液。	_________________。	说明：假设②不成立，假设①或③成立；反应的离子方程式是_____________。
②另取少量所得溶液于试管中，加入少量酸性 KMnO4溶液。	溶液紫红色退去	说明：________________________。

 
综合上述实验分析，所得溶液中含有的金属阳离子有                            。

纳米碳酸钙广泛应用于橡胶、塑料、造纸、化学建材、油墨、涂料、密封胶与胶粘剂等行业。在浓CaCl₂溶液中通入NH₃和CO₂，可以制得纳米级碳酸钙。某校学生实验小组设计下图所示装置，制取该产品。D中装有蘸稀硫酸的脱脂棉，图中夹持装置已略去。
Ⅰ.可选用的药品有：
a．石灰石  b．饱和氯化钙溶液  c．6 mol/L盐酸  d．氯化铵  e．氢氧化钙

（1）A中制备气体时，所需药品是（选填字母序号）              ；
（2）B中盛有饱和碳酸氢钠溶液，其作用是                              ；
（3）写出制取氨气的化学方程式                                  ；
（4）在实验过程中，向C中通入气体是有先后顺序的，应先通入气体的化学式 ；
（5）检验D出口处是否有氨气逸出的方法是                          ；
（6）写出制纳米级碳酸钙的化学方程式                              。
（7）若实验过程中有氨气逸出，应选用下列             装置回收（填代号）。

Ⅱ．经分析在上述氯化铵样品中含有杂质碳酸氢钠。为了测定氯化铵的质量分数，该学生实验小组又设计了如下实验流程：

试回答：
（1）所加试剂A的化学式为                                      
（2）B操作方法是                                               
（3）样品中氯化铵的质量分数为                                   。