高中化学常见气体制备原理及装置选择试题

高铁酸钾（K₂FeO₄）是一种集氧化、吸附、絮凝于一体的新型多功能水处理剂。其生产工艺如下：

已知：①2KOH+Cl₂=KCl+KClO+H₂O（条件：温度较低）
②6KOH+3Cl₂=5KCl+KClO₃+3H₂O（条件：温度较高）
回答下列问题：
（1）该生产工艺应在__________（填“温度较高”或“温度较低”）的情况下进行,在溶液I中加入KOH 固体的目的是_________________________。
（2）从溶液II中分离出K₂FeO₄后，还会有副产品KNO₃、KCl，则反应③中发生的离子反应方程式为__________。
（3）洗涤除去K₂FeO₄晶体表面的杂质，应选择的最佳试剂为（填代号）______________。
a．水    b．KOH溶液    c．饱和K₂FeO₄溶液    d．异丙醇
（4）目前，人们针对K₂FeO₄的稳定性进行了大量的探索，并取得了一定的进展。下列物质中可能提高化合物K₂FeO₄水溶液稳定性的是（填代号）__________。
a．亚硫酸钠   b．KOH   c．醋酸   d．Fe（NO₃）₂
（5）高铁酸钾（K₂FeO₄）作为水处理剂的一个优点是能与水反应生成胶体吸附杂质，写出该反应的离子方程式：____________________________。
（6）请你设计一个实验，用化学方法区分KClO溶液与KClO₃溶液，写出实验简要步骤，观察到的现象和结论____________________________________。

某研究性学习小组拟取盐湖苦卤的浓缩液（富含K^＋、Mg^2＋、Br^－、SO₄^2－、Cl^－等）来制取较纯净的氯化钾晶体及液溴，他们设计了如下流程。

研究性学习小组查寻资料得知：Br^－被氧化剂氧化成溴。溴不易溶于水而易溶于CCl₄回答以下问题：
（1）操作Ⅰ的名称为______________；要从橙色液体中分离出溴，所采取的操作需要的主要玻璃仪器除酒精灯和温度计外，还有________                       。
（2）试剂x，y，z的化学式分别为x，_______    y            z           _；检验SO₄^2－已除尽的方法是                         。
（3）写出操作Ⅲ的具体操作步骤_________________________。

硫代硫酸钠又名“大苏打”，溶液具有弱碱性和较强的还原性，是棉织物漂白后的脱氯剂，定量分析中的还原剂。硫代硫酸钠（Na₂S₂O₃）可由亚硫酸钠和硫粉通过化合反应制得，装置如图所示

已知：Na₂S₂O₃在酸性溶液中不能稳定存在。
（1）某研究小组设计了制备Na₂S₂O₃·5H₂O装置和部分操作步骤如下：
步骤1：如图连接好装置后，              ，将D中导管末端浸入水中，微热烧瓶观察气泡和水柱检查装置A、C、D气密性。
步骤2：加入药品，打开K₁、关闭K₂，向圆底烧瓶中加入足量浓硫酸，加热。装置B中的药品可选用下列物质中的。
A．NaOH溶液   B．浓H₂SO₄     C．酸性KMnO₄溶液   D．饱和NaHSO₃溶液
步骤3：C中混合液被气流搅动，反应一段时间后，硫粉的量逐渐减少，当C中溶液的pH接近7时，打开K₂，关闭K₁即停止C中的反应，停止加热。“当C中溶液的pH接近7时即停止C中的反应”的原因是______________________（用离子方程式表示）。
步骤4：过滤C中的混合液，将滤液经过加热浓缩，趁热过滤，再将滤液冷却结晶、过滤、洗涤、烘干，得到产品。
（2）Na₂S₂O₃性质的检验：向足量的新制氯水中滴加少量Na₂S₂O₃溶液，氯水颜色变浅，检查反应后溶液中含有硫酸根，写出该反应的化学方程式_________________。
（3）常用Na₂S₂O₃溶液测定废水中Ba²⁺浓度，步骤如下：取废水25.00mL，控制适当的酸度加入足量K₂Cr₂O₇溶液，得BaCrO₄沉淀；过滤、洗涤后，用适量稀盐酸溶解，此时CrO₄^2-全部转化为Cr₂O₇^2-；再加过量KI溶液，充分反应后得混合溶液VmL,将其分成4等份，加入淀粉溶液作指示剂，用0.0010mol·L^-1的Na₂S₂O₃溶液进行滴定，相关数据记录如下表所示：

编号	1	2	3	4
消耗Na2S2O3标准溶液的体积/mL	18.02	17.98	18.00	20.03

部分反应离子方程式为：
①Cr₂O₇^2-+6I^-+14H⁺=2Cr³⁺+3I₂+7H₂O；②I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^4-。
则判断达到滴定终点的现象是__________________。
废水中Ba²⁺的物质的量浓度为__________________。

某化学兴趣小组用含有铝、铁、铜的合金制取纯净的氯化铝溶液、绿矾晶体[FeSO₄·7H₂O]和胆矾晶体，以探索工业废料的再利用。其实验方案如下：
请回答下列问题：
（1）写出合金与烧碱溶液反应的离子方程式                                。
（2）由滤液A制AlCl₃溶液的途径有①和②两种，你认为合理的是                ；上述实验方案多处采用了过滤操作，过滤所用到的玻璃仪器有                         和玻璃棒；其中玻璃棒的作用是                     。

（3）用滤渣F通过两种途径制取胆矾，与途径③相比，途径④明显具有的两个优点是：                  、                  。
（4）通过途径④制取胆矾，必须进行的实验操作步骤：加硫酸、加热通氧气、过滤、                  、冷却结晶、             、自然干燥。其中“加热通氧气”所起的作用为（用离子方程式表示）                 。
（5）测定所得胆矾（CuSO₄·xH₂O）中x值的实验方案是蒸发硫酸铜晶体中的水得到白色的无水硫酸铜，冷却后称量。此变化的化学方程式为：CuSO₄·xH₂O===CuSO₄+xH₂O，但温度过高，CuSO₄会继续分解为CuO和SO₃。在此实验中，下列操作对测定结果x值的影响是（填“偏高”、“偏低”、“无影响”）。
a．加热温度过高____________
b．加热时胆矾晶体飞溅出来____________
c．所用坩埚事先未干燥（潮湿）____________

某科研小组探究工业废Cu粉（杂质含有SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃中的一种或几种）的组成并制备少量CuSO₄·5H₂O，实现废物综合利用，实验过程如下：
过程Ⅰ：

（1）废Cu粉中一定含有的杂质是                          （填化学式）。
（2）分别写出过程②发生反应的离子方程式                             。
过程Ⅱ：

（3）综合过程Ⅰ、II，计算废Cu粉中各成分的质量之比是             （化为最简单整数比）。
过程Ⅲ：已知25℃时：

电解质	Cu（OH）2	Fe（OH）2	Fe（OH）3
溶度积（Ksp）	2.2×10^－20	8.0×10^－16	4.0×10^－38
开始沉淀时的pH	5.4	6.5	3.5
完全沉淀时的pH	6.4	9.6	4.0

（4）在Ⅱ中所得蓝色溶液中加入一定量的H₂O₂溶液，调节溶液的pH范围为           ，然后过滤、结晶，可得CuSO₄·5H₂O。
（5）下列与Ⅲ方案相关的叙述中，正确的是             （填字母）。
A．H₂O₂是绿色氧化剂，在氧化过程中不引进杂质、不产生污染
B．将Fe²⁺氧化为Fe³⁺的主要原因是Fe（OH）₂沉淀比Fe（OH）₃沉淀较难过滤
C．调节溶液pH选择的试剂可以是氢氧化铜或氧化铜
D．在pH>4的溶液中Fe³⁺一定不能大量存在

钢铁企业酸洗钢材时产生的废液主要成分为Fe²⁺、H⁺、Cl^-，可用下述方法处理该废液，回收盐酸和制备氧化铁涂料。

（1）单质X的化学式是            。
（2）氯化亚铁溶液经高温喷雾焙烧转化为HCl气体和氧化铁粉末，有关的化学方程式依次为：                              。
（3）某铁红涂料中除含有Fe₂O₃外，还可能添加有CuO或FeO中的一种,请设计实验方案，探究该铁红涂料中添加物的成分。
① 提出合理假设
假设1：添加了CuO
假设2：添加了FeO
② 请设计方案，验证上述假设，写出实验步骤、预期现象和结论。
限选试剂：铁粉、3mol•L^-1H₂SO₄、0.1 mol•L^-1酸性KMnO₄溶液、10%NaOH溶液、10%H₂O₂、KSCN溶液

操作步骤	预期现象和结论
步骤1．取少量样品于试管中， ____________________________	样品全部溶解，得到澄清的溶液。
步骤2． __________________ 步骤3． __________________	___________________________ ___________________________ ___________________________ ___________________________

 
（4）请计算，用635g水完全吸收“高温喷雾焙烧”产生的HCl气体            升（标准状况），即可得到36.5%的浓盐酸（相对原子质量 Cl  35.5  H  1）。

为探索工业废料的再利用，某化学兴趣小组设计了如下实验流程，用含有铝、铁和铜的合金废料制取氯化铝、绿矾晶体（FeSO₄·7H₂O）和胆矾晶体。

请回答：
（1）写出步骤Ⅰ反应的离子方程式：                         。
（2）试剂X是             。步骤Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中均需进行的实验操作是               。
（3）进行步骤Ⅱ时，该小组用如图所示装置及试剂制取CO₂并将制得的气体通入溶液A中。一段时间后，观察到烧杯中产生的白色沉淀会逐渐减少。为了避免固体C减少，可采取的改进措施是               。

（4）用固体F制备CuSO₄溶液，可设计以下三种途径：

写出途径①中反应的离子方程式                                ，
请选出你认为的最佳途径           说明选择的理由                  。

为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如下简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿渣（铁主要以Fe₂O₃存在）转变成重要的化工原料FeSO₄（反应条件略）。

活化硫铁矿还原Fe³⁺的主要反应为：FeS₂+7Fe₂（SO₄）₃+8H₂O=15FeSO₄+8H₂SO₄，不考虑其他反应。请回答下列问题：
（1）第Ⅰ步H₂SO₄与Fe₂O₃反应的离子方程式是                      。
（2）检验第Ⅱ步中Fe³⁺是否完全还原，应选择                  （填字母编号）。
A．KMnO₄溶液     B．淀粉-KI溶液     C．KSCN溶液
（3）第Ⅲ步加FeCO₃调溶液pH到5．8左右，然后在第Ⅳ步通入空气使溶液pH降到5．2，此时Fe²⁺不沉淀，滤液中铝、硅杂质除尽。通入空气引起溶液pH降低的原因是                。
（4）FeSO₄在一定条件下可制得FeS₂（二硫化亚铁）纳米材料。该材料可用于制造高容量锂电池，电池放电时的总反应为4Li+ FeS₂=" Fe" +2Li₂S，正极反应式是            。
（5）FeSO₄可转化为FeCO₃，FeCO₃在空气中加热反应可制得铁系氧化物材料。
已知25℃，101kPa时：4Fe（s）+ 3O₂ （g）=2Fe₂O₃（s）  =-1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）=CO₂（g）                =-392kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）=2FeCO₃（s）    =-1480kJ/mol
FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式是               。
（6）假如烧渣中的铁全部视为Fe₂O₃，其含量为p。将b kg质量分数为c的硫酸加入到a kg烧渣中浸取，铁的浸取率为q，其他杂质浸出消耗的硫酸以及调pH后溶液呈微酸性所残留的硫酸忽略不计。按上述流程，第Ⅲ步应加入FeCO₃             kg。

我国化工专家侯德榜的“侯氏制碱法”曾为世界制碱工业做出了突出贡献，他以NaCl、NH₃、CO₂等为原料先制得NaHCO₃，进而生产出纯碱。有关反应的化学方程式为：
NH₃＋CO₂＋H₂O＋NaCl      NaHCO₃↓＋NH₄Cl ；2NaHCO₃Na₂CO₃＋CO₂↑＋H₂O
回答下列问题：
（1）氨气、二氧化碳与饱和食盐水反应，能析出碳酸氢钠晶体的原因是          （填字母标号）。
a．碳酸氢钠难溶于水
b．碳酸氢钠受热易分解
c．碳酸氢钠的溶解度相对较小，所以在溶液中首先结晶析出
（2）某探究活动小组根据上述制碱原理，进行碳酸氢钠的制备实验，同学们按各自设计的方案实验。
①一位同学将二氧化碳气体通入含氨的饱和食盐水中制备碳酸氢钠，实验装置如下图所示（图中夹持、固定用的仪器未画出）。

试回答下列有关问题：
（Ⅰ）乙装置中的试剂是                       ；
（Ⅱ）丁装置中稀硫酸的作用是                 ；
（Ⅲ）实验结束后，分离出NaHCO₃晶体的操作是                （填分离操作的名称）。
②另一位同学用图中戊装置（其它装置未画出）进行实验。
（Ⅰ）实验时，须先从           管通入           气体，再从         管中通入           气体；
（Ⅱ）有同学建议在戊装置的b管下端连接己装置，理由是                    ；

实验题
（1）右图为实验室制备乙烯的装置图，请回答：

Ⅰ烧瓶中加入的两种试剂是                     。
Ⅱ写出实验室制乙烯的化学方程式：______________________。
Ⅲ实验室收集乙烯应采用_____________法。
（2）某同学欲用12mol/L的浓盐酸配制1mol/L的盐酸250mL。
Ⅰ操作时，必须用到的仪器是 _________________（填序号）。
①500mL容量瓶 ②250mL容量瓶 ③100mL烧杯 ④50mL量筒 ⑤10mL量筒
Ⅱ操作中，将洗涤烧杯后的洗液也注入容量瓶，其目的是                 。
Ⅲ用胶头滴管往容量瓶中加水时，不小心液面超过了刻度，处理的方法是_____________（填序号）。
①吸出多余液体，使凹液面与刻度线相切
②小心加热容量瓶，经蒸发后，使凹液面与刻度线相切
③经计算加入一定量的浓盐酸
④重新配制
（3）为测定由CO、NH₃、CO₂、H₂组成的混合气体中各成分的体积分数，请用下列装置设计一个简单实验（装置不能重复使用，所用试剂均过量）。

已知存在下列反应：2NH₃ +3 CuO 3Cu + N₂ + 3H₂O
请回答：
Ⅰ混合气体通过各装置的顺序依次是（    ）→（ ① ）→（    ）→（    ）；
Ⅱ写出装置③中有关反应的离子方程式                             ；
Ⅲ装置③和④的位置不可互换，其原因是                            。

CH₃Cl为无色，略带臭味的气体，密度为2．25g/L，熔点为-24．2℃，20℃时在水中的溶解度为400mL，易溶于乙醇和丙醇等有机溶剂。
Ⅰ．实验室制取CH₃Cl的原理是CH₃OH +HCl（浓）CH₃Cl+H₂O。具体步骤如下：

①干燥ZnCl₂晶体；
②称取24g研细的无水ZnCl₂和量取20mL浓盐酸放入圆底烧瓶，同时量取一定量的甲醇放入分液漏斗中；
③将分液漏斗里的甲醇逐滴滴入烧瓶中并加热，待ZnCl₂完全溶解后有CH₃Cl气体逸出，可用排水法收集。请回答：
（1）实验室干燥ZnCl₂晶体制得无水ZnCl₂的方法是                              。
（2）反应过程中滴入烧瓶中甲醇的体积比盐酸少（甲醇与浓盐酸的物质的量浓度接近）
其理由是                         。
（3）实验室为何用排水法收集CH₃Cl？
Ⅱ．据某资料记载，CH₄分子中的一个H原子被Cl原子取代后，其稳定性受到影响，可被强氧化剂酸性高锰酸钾氧化。现有四只洗气瓶；分别盛有以下试剂：

A．1．5%KMnO4（H^+）溶液	B．蒸馏水
C．5%Na2SO3溶液	D．98%H2SO4

（1）为证实这一理论的可靠性，请从上面选择最恰当的洗气瓶，将a装置生成的气体依次通过洗气瓶
（填洗气瓶编号），如果观察到                  则证实上述资料的正确性。
（2）写出洗气瓶中发生反应的离子方程式（C元素的氧化产物为CO₂）：                    
（3）如果CH₃Cl是大气的污染物，上述洗气瓶之后还应接一只盛            的洗气瓶。

2015年8月12日23:30左右，天津滨海新区的一处集装箱码头发生爆炸，发生爆炸的是集装箱内的易燃易爆物品氰化钠，数量为700吨左右。
资料：氰化钠化学式为NaCN，白色结晶颗粒或粉末，易潮解，有微弱的苦杏仁气味。剧毒，皮肤伤口接触、吸入、吞食微量可中毒死亡。熔点563．7℃，沸点1496℃。易溶于水，易水解生成氰化氢，水溶液呈强碱性，是一种重要的化工原料， 用于电镀、冶金和有机合成医药、农药及金属处理方面。
（1）用离子方程式表示其水溶液呈强碱性的原因：
（2）氰化钠要用双氧水或硫代硫酸钠中和。①用双氧水处理产生一种酸式盐和一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体，请写出该反应的化学方程式                             ；
②用硫代硫酸钠中和的离子方程式为CN^-+S₂O₃^2-===A+SO₃^2-，A为              （填化学式）。
（3）含氰废水中的CN^－有剧毒。
①CN^－中C元素显+2价， N元素显-3价，则非金属性N                  C（填<,=或>）
②在微生物的作用下，CN^－能够被氧气氧化成HCO₃^-，同时生成NH₃，该反应的离子方程式为               。
③用如图所示装置除去含CN^－、Cl^－废水中的CN^－时，控制溶液PH为9~10，阳极产生的ClO^－将CN^－氧化为两种无污染的气体，下列说法不正确的是

A．用石墨作阳极，铁作阴极
B．阳极的电极反应式为：Cl^－ + 2OH^－－2e^－= ClO^－ + H₂O
C．阴极的电极反应式为：2H₂O + 2e^－ = H₂↑ + 2OH^－
D．除去CN^－的反应：2CN^－+ 5ClO^－ + 2H⁺ ===N₂↑ + 2CO₂↑ + 5Cl^－+H₂O
（4）过碳酸钠（2Na₂CO₃·3H₂O₂）是一种集洗涤、漂白、杀菌于一体的氧系漂白剂,也可用于含氰废水的消毒。某兴趣小组制备过碳酸钠的实验方案和装置示意图如下：

已知：2Na₂CO₃（aq）+ 3H₂O₂（aq） 2Na₂CO₃·3H₂O₂（s）ΔH < 0，请回答下列问题：
①下列物质中，不会引起过碳酸钠发生氧化还原反应的有                。
A．FeCl₃ B．CuSO₄C．Na₂SiO₃ D．KCN
②准确称取0．2000g过碳酸钠于250mL锥形瓶中，加50 mL蒸馏水溶解，再加50 mL2．0 mol·L^-1 H₂SO₄，用0．02000mol·L^-1 KMnO₄标准溶液滴定至终点时消耗30．00 mL，则产品中H₂O₂的质量分数为              。
[反应6KMnO₄ + 5（2Na₂CO₃·3H₂O₂）+19H₂SO₄ = 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ +10Na₂SO₄ +10CO₂ ↑ +15O₂↑+34H₂O]

硫酸亚铁铵又称莫尔盐，是浅绿色晶体。它在空气中比一般亚铁盐稳定，是常用的Fe²⁺试剂。某实验小组利用工业废铁屑制取莫尔盐，并测定其组成，他们进行了以下实验。
Ⅰ．莫尔盐的制取，请回答下列问题。

（1）废铁屑中含氧化铁，无需在制备前除去，理由是________________、_______________（用离子方程式回答），实验前都需将废铁屑放入碳酸钠溶液中煮沸，倾倒出液体，用水洗净铁屑。从以下仪器中选择组装，完成该操作必需的仪器有__________（填编号）。
①铁架台 ②玻璃棒 ③广口瓶 ④石棉网 ⑤烧杯 ⑥漏斗 ⑦酒精灯
（2）步骤2中加热方式                （填“直接加热”﹑“水浴加热”或“沙浴”）；必须在铁屑少量剩余时，进行热过滤，其原因是                   
II．莫尔盐组成的测定
①将摩尔盐低温烘干后，称取7．84 g加热至100℃失去结晶水，质量变为5．68 g。
②选择下图所示的部分装置连接起来,检查气密性后，将上述5．68g固体放入A装置的锥形瓶中，再向锥形瓶中加入足量NaOH浓溶液，充分吸收产生的气体并测出气体质量为0．68 g。
③向A中加入适量3%的H ₂ O ₂溶液，充分振荡后滤出沉淀，洗净、干燥、灼烧后，测得其质量为1．6 g。

根据上述实验回答下列问题。
（3）步骤②中，选择的装置是A接_________接___________（填代号），A装置中未使用分液漏斗的理由是____________________。
（4）根据上述实验数据计算，摩尔盐中n（NH₄⁺）:n（Fe²⁺）:n（SO₄^2－）:n（H₂O）=_____________

亚氯酸钠（NaClO₂）是重要漂白剂，探究小组开展如下实验，回答下列问题：
实验Ⅰ：制取NaClO₂晶体按如图装置进行制取。

已知：NaClO₂饱和溶液在低于38℃时析出NaClO₂•3H₂O，高于38℃时析出NaClO₂，高于60℃时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl。
（1）装置C的作用是             ；
（2）已知装置B中的产物有ClO₂气体，则装置B中反应的化学方程式为           ；装置D中反应生成NaClO₂的化学方程式为              ；反应后的溶液中阴离子除了ClO₂^－、ClO₃^－、Cl^－、ClO^－、OH^－外还可能含有的一种阴离子是             ；检验该离子的方法是             ；
（3）请补充从装置D反应后的溶液中获得NaClO₂晶体的操作步骤。
①减压，55℃蒸发结晶；②            ；③           ；④            得到成品。
（4）如果撤去D中的冷水浴，可能导致产品中混有的杂质是           ；
实验Ⅱ：样品杂质分析与纯度测定
（5）测定样品中NaClO₂的纯度。测定时进行如下实验：
准确称一定质量的样品，加入适量蒸馏水和过量的KI晶体，在酸性条件下发生如下反应：ClO₂^－+4I^－+4H⁺=2H₂O+2I₂+Cl^－，将所得混合液稀释成100 mL待测溶液。取25.00 mL待测溶液，加入淀粉溶液做指示剂，用c mol•L^－1 Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，测得消耗标准液体积的平均值为V mL（已知：I₂+2S₂O₃^2－=2I^－+S₄O₆^2－）。请计算所称取的样品中NaClO₂的物质的量为             。

锗及其化合物被广泛应用于半导体、催化剂等领域。以铅锌矿含锗烟尘为原料可制备GeO₂，其工艺流程图如下。

已知：GeO₂是两性氧化物；GeCl₄易水解，沸点86.6℃
（1）第①步滤渣主要成分有        （填化学式），实验室萃取操作用到的玻璃仪器有           。
（2）第②步萃取时，锗的萃取率与V_水相/V_有机相（水相和有机相的体积比）的关系如下图所示，

从生产成本角度考虑，较适宜的V_水相/V_有机相的值为         。
（3）第④步加入盐酸作用            （答两点即可）。
（4）第⑤步反应的化学方程式               。
（5）检验GeO₂·nH₂O是否洗涤干净的操作是                。