高中化学常见气体制备原理及装置选择填空题

二氧化氯（ClO₂）可用于自来水消毒。以粗盐为原料生产ClO₂的工艺主要包括：①粗盐精制；②电解微酸性NaCl溶液；③ClO₂的制取。工艺流程如下图：

⑴ 粗食盐水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质。除杂操作时，往粗盐水中先加入过量的试剂X，X是　   　(填化学式)，至沉淀不再产生后，再加入过量的Na₂CO₃和NaOH，充分反应后将沉淀一并滤去。经检测发现滤液中仍含有一定量的SO₄^2-，其原因是　       。（已知：Ksp(BaSO₄)＝1.1×10^－10；Ksp(BaCO₃)＝5.1×10^－9）
⑵上述过程中，将食盐水在特定条件下电解得到的氯酸钠与盐酸反应生成ClO₂。电解时生成的气体B是　 ；反应Ⅲ的化学方程式为　              　。
⑶ ClO₂很不稳定，需随用随制，产物用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的含量，进行了以下实验：
步骤1：准确量取ClO₂溶液10.00 mL，稀释成100 mL试样。
步骤2：量取V₁mL试样加入到锥形瓶中，调节试样的pH≤2.0，加入足量的KI晶体，摇匀，在暗处静置30分钟。(已知：ClO₂＋I^－＋H⁺—I₂＋Cl^－＋H₂O 未配平)
步骤3：以淀粉溶液作指示剂，用c mol·L^－1Na₂S₂O₃溶液滴定至终点，消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。（已知：I₂＋2S₂O₃^2-＝2I^－＋S₄O₆^2-）
① 准确量取10.00 mL ClO₂溶液的玻璃仪器是　                       　。
② 滴定过程中，至少须平行测定两次的原因是　                      　。
③ 根据上述步骤可计算出原ClO₂溶液的物质的量浓度为　          mol·L^－1（用含字母的代数式表示）。

四氧化三铁是一种常用的磁性材料，纯净的四氧化三铁用来作录音磁带和电讯器材的原材料。下图是氧化沉淀法生产Fe₃O₄工艺流程示意图：

已知：①工业绿矾中的杂质不溶于水，不参与反应；②Fe(OH)₂ +2Fe(OH)₃ =Fe₃O₄ +4H₂O 。
请回答下列问题：
（1）铁的常见氧化物中可用作颜料的化学式是       。
（2）加水溶解过程中，实验室通常使用的玻璃仪器有         ，操作A的名称是           ，与加水溶解的过程中用到不同的玻璃仪器是           。
（3）在工艺流程中，通入适量空气氧化时的化学方程式为                         。
（4）由溶液B获得该副产品要经历以下步骤，请排出正确的操作顺序是            （填字母编号），得到副产品的化学式为           。
a．过滤　　b．加热浓缩　c．结晶　　d．冷却   e．洗涤
（5）Fe₃O₄与稀硝酸恰好完全反应时，氧化剂与还原剂的物质的量之比为             。

过氧化钙可以用于改善地表水质，处理含重金属粒子废水和治理赤潮，也可用于应急供氧等。工业上生产过氧化钙的主要流程如下：

已知CaO₂·8H₂O呈白色，微溶于水，加热至350 ℃左右开始分解放出氧气。
（1）用上述方法制取CaO₂·8H₂O的化学方程式是                             ；
（2）检验“水洗”是否合格的方法是                                        ；
（3）沉淀时常用冰水控制温度在0 ℃左右，其可能原因是(写出两种)：
①                                                                 ;
②                                                                  。
（4）测定产品中CaO₂的含量的实验步骤：
第一步：准确称取a g产品于有塞锥形瓶中，加入适量蒸馏水和过量的b g KI晶体，再滴入少量2 mol·L^－1的H₂SO₄溶液，充分反应。
第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步：逐滴加入浓度为c mol·L^－1的Na₂S₂O₃溶液至反应完全，消耗Na₂S₂O₃溶液V mL。
【已知：I₂＋2S₂O₃^2-＝2I^－＋S₄O₆^2-】
①CaO₂的质量分数为           (用字母表示)；
②某同学第一步和第二步的操作都很规范，第三步滴速太慢，这样测得的CaO₂的质量分数可能       (填“不受影响”、“偏低”或“偏高”)，原因是                                             。

新型材料纳米级Fe粉具有超强的磁性，能用作高密度磁记录的介质以及高效 催化剂等。
I．实验室采用气相还原法制备纳米级Fe,其流程如下：

（1）固体加热脱水通常要通入                                     。
（2）生成纳米级Fe的化学方程式为                                             。
Ⅱ．在不同温度下，纳米级Fe粉与水蒸气反应的固体产物不同：温度低于570℃时生成FeO，高于570℃时生成。甲同学用下图所示装置进行纳米级Fe粉与水蒸气的反应并验证固体产物。

（3）B中收集到的气体是              (填名称)，C装置的作用是         。
（4）乙同学为探究实验结束后试管内的固体物质成分，进行了下列实验：

乙同学认为该条件下反应的固体产物为FeO。丙同学认为该结论不正确，他的理由是                 (用离子方程式表示)。
（5）丁同学称取5．60gFe粉，反应一段时间后，停止加热。将试管内的固体物质在干燥器中冷却后，称得质量为6．88g。然后将冷却后的固体物质与足量FeCl₃溶液充分反应，消耗0．08molFeCl₃。丁同学实验的固体产物为                       。

氢化钙(CaH₂)固体是一种储氢材料，是登山运动员常用的能源提供剂。钙在加热时能与氮气、氢气反应。氢化钙遇水立即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，下图是模拟制取装置。

（1）下列关于氢化钙的叙述正确的是        (选填序号)。
a．氢化钙中阴离子的半径小于Li⁺的半径
b．氢化钙的式量小于溴化氢，因此前者的熔点小于后者
c．氢化钙也能与盐酸反应生成氢气
d．氢气常用作还原剂，只具有还原性
（2）上图A装置中制备氢气所用的酸溶液最好选用    (选填序号)。
a．稀盐酸    b．稀硫酸     c．稀硝酸    d．均可以
（3）装置D中竖直导管的作用是                                   。
（4）为了确认进入装置C的氢气已经干燥，可在B、C之间再接一装置，该装置中加入的试剂是          。加热C装置前要对H₂验纯，验纯的操作是                      。
（5）甲同学认为只要装置合理、操作规范就可以排除生成         (选填序号)。
a．Ca₃N₂        b．CaO     c．Ca(OH)₂
（6）乙同学用下图装置测定制得的氢化钙的纯度。他称取48g样品，与足量的水反应，恒温时，注射器量出产生的气体为48.16 L(已换算为标准状况)。假设钙只与氢气发生了反应，请根据乙同学的实验数据计算氢化钙的纯度(写出计算过程)                                      。

亚氯酸钠（NaClO₂）是一种重要的含氯消毒剂，主要用于水的消毒以及砂糖、油脂的漂白与杀菌，亚氯酸钠受热易分解。以氯酸钠（NaClO₃）等为原料制备亚氯酸钠的工艺流程如下：

（1）提高“反应1”反应速率的措施有                 。（回答一点即可）
（2）“反应1” 的离子方程式是             。    
（3）“反应2”的氧化剂是     ，该反应的化学方程式为         。
（4）采取“减压蒸发”而不用“常压蒸发”，原因是         。
（5）某学习小组用碘量法测定粗产品中亚氯酸钠的含量,实验如下：
a．准确称取所得亚氯酸钠样品mg于小烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应，将所得混合液配成250mL待测溶液。(已知：ClO₂^-+4I^-+4H⁺=2H₂O+2I₂+Cl^-)
b．移取25.00mL待测溶液于锥形瓶中，加几滴淀粉溶液，用c mol·L^-1 Na₂S₂O₃标准液滴定至终点，重复2次，测得平均值为V mL 。
(已知：I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)
①达到滴定终点时的现象为                。 
②该样品中NaClO₂的质量分数为        (用含m、c、V的代数式表示，结果化成最简。)

Ⅰ．二氧化氯（ClO₂）是一种黄绿色有刺激性气味的气体，其熔点为－59℃，沸点为11.0℃，易溶于水。工业上用稍潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得。某学生拟用下图所示装置模拟工业制取并收集ClO₂。

（1）A必须添加温度控制装置，除酒精灯、温度计外，还需要的玻璃仪器有          。
（2）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液。已知在温度低于38℃时NaClO₂饱和溶液中析出晶体是NaClO₂·3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂。根据上右图所示的NaClO₂的溶解度曲线，请补充从NaClO₂溶液中制得NaClO₂晶体的操作步骤： ① 蒸发结晶；②            ；③ 洗涤；④ 干燥。
（3）ClO₂很不稳定，需随用随制，用水吸收得到ClO₂溶液。为测定所得溶液中ClO₂的浓度，进行了下列实验：① 准确量取ClO₂溶液V₁mL加入到锥形瓶中，加适量蒸馏水稀释，调节试样的pH≤2.0。② 加入足量的KI晶体，静置片刻。此时发生反应的离子方程式为：             ；③ 加入淀粉指示剂，用c mol/L Na₂S₂O₃溶液滴定，至终点时消耗Na₂S₂O₃溶液V₂ mL。则原ClO₂溶液的浓度为         mol／L（用含字母的代数式表示）。（已知2 Na₂S₂O₃+I₂= Na₂S₄O₆+2NaI）
Ⅱ．将由Na⁺、Ba²⁺、Cu²⁺、SO₄^2－、Cl^－ 组合形成的三种强电解质溶液，分别装入下图装置
中的甲、乙、丙三个烧杯中进行电解，电极均为石墨电极。

接通电源，经过一段时间后，测得乙中c电极质量增加。常温下各烧杯中溶液pH与电解时间t的关系如右上图（忽略因气体溶解带来的影响）。据此回答下列问题：
（1）写出乙烧杯中发生反应的化学方程式                                      ；
（2）电极f上发生的电极反应为                             ；
（3）若经过一段时间后，测得乙烧杯中c电极质量增加了8g，要使丙烧杯中溶液恢复到原来的状态，应进行的操作是                                   。

组同学发现84消毒液与洁厕剂(主要成分为盐酸)室温下混和有Cl₂生成，于是尝试在实验室利用该反应原理制取Cl₂。
（1）若用次氯酸钙、浓盐酸为原料，利用下图装置制取Cl₂。装置中仪器a的名称为       。甲同学想证明Cl₂溶于水有酸性物质生成，将发生装置产生的气体直接通入适量水中，并加入NaHCO₃粉末，有无色气泡产生。乙同学认为不合理，理由是            。又知：室温下H₂CO₃的电离常数K₁=4．2×10^-7，K₂=5．6×10^-11，则pH为8．0的NaHCO₃溶液中[CO₃^2-]：[HCO₃^-]=       。

（2）经查阅资料得知：无水FeCl₃在空气中易潮解，加热易升华。设计如下装置制备无水FeCl₃。

①下列操作步骤的正确排序为        (填字母)。

A．体系冷却后，停止通入Cl2

B．通入干燥的Cl2赶尽装置中的空气

C．在铁屑下方加热至反应完成

D．用干燥的H2赶尽Cl2

E．检验装置的气密性
②该实验装置存在的明显缺陷是                 。
（3）世界环保联盟要求ClO₂逐渐取代Cl₂作为自来水消毒剂。
已知：NaCl+3H₂ONaClO₃+3H₂，
2NaClO₃+4HCl=2C1O₂+Cl₂+2NaCl+2H₂O。
有关物质性质：

物质	熔点／℃	沸点／℃
C1O2	-59	11
Cl2	-107	-34.6

 
ClO₂的生产流程示意图：

该工艺中，需要补充的物质X为   (填化学式)，能参与循环的物质是      (填化学式)。从ClO₂发生器中分离出ClO₂可采用的方法是            。

碱式碳酸铜和氯气都是用途广泛的化工原料。
（1）工业上可用酸性刻蚀废液（主要成分有Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺、H ⁺、Cl⁻）制备碱式碳酸铜，其制备过程如下：

已知：Cu²⁺、Fe²⁺、Fe³⁺生成沉淀的pH如下：

物质	Cu(OH)2	Fe (OH)2	Fe (OH)3
开始沉淀pH	4.2	5.8	1.2
完全沉淀pH	6.7	8.3	3.2

 
①氯酸钠的作用是            ；
②反应A后调节溶液的pH范围应为                          。
③第一次过滤得到的产品洗涤时，如何判断已经洗净？                    。
④造成蓝绿色产品中混有CuO杂质的原因是                    。
（2）某学习小组在实验室中利用下图所示装置制取氯气并探究其性质。

①实验室用二氧化锰和浓盐酸加热制取氯气，所用仪器需要检漏的有                    。
②若C中品红溶液褪色，能否证明氯气与水反应的产物有漂白性，说明原因             。此时B装置中发生反应的离子方程式是___________              _____。
③写出A溶液中具有强氧化性微粒的化学式                                。若向A溶液中加入NaHCO₃粉末，会观察到的现象是                     。

实验室采用MgCl₂、AlCl₃的混合溶液与过量氨水反应制备MgAl₂O₄二主要流程如下:

⑴制备MgAl₂O₄过程中，高温焙烧时发生反应的化学方程式                         。
⑵如图所示，过滤操作中的一处错误是                           。判断流程中沉淀是否洗净所用的试剂是            。高温焙烧时，用于盛放固体的仪器名称是                       。

⑶在25℃下，向浓度均为0．01 mol・L^-1的MgCl₂和AlCl₃混合溶液中逐滴加入氨水，先生成_______沉淀(填化学式)，生成该沉淀的离子方程式_______   ______________
（已知25℃时K_sp[Mg(OH)₂]=1.8×10^-11，K_sp[Al(OH)₃]=3×10 ^-34。）
⑷无水AlCl₃(183℃升华)遇潮湿空气即产生大量白雾，实验室可用下列装置制备。

装置B中盛放饱和NaCl溶液,该装置的主要作用是                  ； F中试剂的作用是            ；用一件仪器装填适当试剂后也可起到F和G的作用，所装填的试剂为                    。
⑸将Mg、Cu组成的3.92g混合物投入过量稀硝酸中，充分反应后，固体完全溶解时收集到还原产物NO气体1.792L（标准状况），向反应后的溶液中加入4mol/L的NaOH溶液80mL时金属离子恰好完全沉淀。则形成沉淀的质量为                g。

TiO₂既是制备其他含钛化合物的原料，又是一种性能优异的白色颜料。
(1)实验室利用反应TiO₂(s)＋CCl₄(g) TiCl₄(g)＋CO₂(g)，在无水无氧条件下制备TiCl₄，实验装置示意图如下：

有关物质性质如下表：

物质	熔点/℃	沸点/℃	其他
CCl4	－23	76	与TiCl4互溶
TiCl4	－25	136	遇潮湿空气产生白雾

 
仪器A的名称是________。装置E中的试剂是________。反应开始前依次进行如下操作：组装仪器、________、加装药品、通N₂一段时间后点燃酒精灯。反应结束后的操作包括：①停止通N₂　②熄灭酒精灯　③冷却至室温。正确的顺序为________(填序号)。欲分离D中的液态混合物，所采用操作的名称是________。
(2)工业上由钛铁矿(FeTiO₃)(含Fe₂O₃、SiO₂等杂质)制备TiO₂的有关反应包括：
酸溶　FeTiO₃(s)＋2H₂SO₄(aq)=FeSO₄(aq)＋TiOSO₄(aq)＋2H₂O(l)
水解　TiOSO₄(aq)＋2H₂O(l)H₂TiO₃(s)＋H₂SO₄(aq)
简要工艺流程如下：

①试剂A为________。钛液Ⅰ需冷却至70 ℃左右，若温度过高会导致产品TiO₂产率降低，原因是__________________________________________
②取少量酸洗后的H₂TiO₃，加入盐酸并振荡，滴加KSCN溶液后无明显现象，再加H₂O₂后出现微红色，说明H₂TiO₃中存在的杂质离子是________。这种H₂TiO₃即使用水充分洗涤，煅烧后获得的TiO₂也会发黄，发黄的杂质是____________________(填化学式)。

X、Y、Z、W均为10电子的分子或离子。X有5个原子核。通常状况下，W为无色液体。它们之间转化关系如图所示，请回答：

（1）工业上每制取1molZ要放出46.2 kJ的热量，写出该反应的热化学方程式：          。
（2）工业制取Z的化学平衡常数K与T的关系如下表：

T/K	298	398	498	……
K/(mol·L^—1)^—2	4.1×10^6	K1	K2	……

 
请完成下列问题：
①试比较K₁、K₂的大小，K₁                         K₂（填写“>”“=”或“<”）
②恒温固定体积的容器中，下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据的是              （填序号字母）。
A．容器内各物质的浓度之比为化学计量数比
B．混合气体密度保持不变
C．容器内压强保持不变
D．混合气体相对分子质量保持不变
（3）某化学小组同学模拟工业生产制取HNO₃，设计下图所示装置，其中a为一个可持续鼓入空气的橡皮球。

①A中发生反应的化学方程式是                                            。
②B中浓H₂SO₄的作用是                                    。
（4）写出D装置中反应的化学方程式                                          。
（5）a中通入空气的作用                                                 。

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：

生成氢氧化物沉淀的pH

	Mg(OH)2	Fe(OH)2	Fe(OH)3
开始沉淀时	9.4	6.3	1.5
完全沉淀时	12.4	8.3	2.8

 
（1）MgCO₃与稀硫酸反应的离子方程式为                         。
（2）加氨水调节溶液的PH范围为               。
（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中收集的气体是          (填化学式)。
②B中盛放的溶液是          (填字母)。
a．NaOH 溶液 b．Na₂CO₃溶液  c．稀硫酸 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：                             。

亚氯酸钠(NaClO₂)是一种高效氧化剂、漂白剂。已知：NaClO₂饱和溶液在温度低于38^oC时析出的晶体是NaClO₂·3H₂O，高于38^oC时析出晶体是NaClO₂，高于60^oC时NaClO₂分解成NaClO₃和NaCl。利用下图所示装置制备亚氯酸钠。装置②反应容器为三颈烧瓶。

完成下列填空：
（1）组装好仪器后，检查整套装置气密性的操作是：                    。
（2）装置②中产生ClO₂的化学方程式为                                 。
装置④中发生反应的离子方程式为                                  。
（3）从装置④反应后的溶液获得NaClO₂晶体的操作步骤为：
①减压，55^oC蒸发结晶；②     ；③     ；④低于60^oC干燥，得到成品。
（4）目前已开发出用电解法制取ClO₂的新工艺。

①上图是用石墨作电极，一定条件下电解饱和食盐水制取ClO₂的示意图。则阳极产生C1O₂的电极反应为               。
②电解一段时间，当阴极产生的气体体积为112 mL(标准状况)时，停止电解。通过阳离子交换膜的阳离子的物质的量为   mol。
（5）准确称取所得亚氯酸钠样品l0 g于烧杯中，加入适量蒸馏水和过量的碘化钾晶体，再滴入适量的稀硫酸，充分反应(ClO₂^-+4I^-+4H⁺=2H₂O+2I₂+C1^-)。将所得混合液配成250 mL待测溶液。配制待测液需用到的定量玻璃仪器是     ；取25．00 mL待测液，用2．0mol·L^-1Na₂S₂O₃标准液滴定(I₂+2S₂O₃^2-=2I^-+S₄O₆^2-)，以淀粉溶液做指示剂，达到滴定终点时的现象为          。重复滴定2次，测得Na₂S₂O₃溶液平均值为20．00 mL。该样品中NaClO₂的质量分数为        。

氯化亚铜(CuCl)常用作有机合成工业中的催化剂，是一种白色粉末；微溶于水、不溶于乙醇及稀硫酸；在空气中迅速被氧化成绿色；见光则分解，变成褐色；下图是工业上以制作印刷电路的废液（含Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺、Cl^-）生产CuCl的流程如下：

文字

根据以上信息回答下列问题：
（1）该生产过程还可以与氯碱工业、硫酸工业生产相结合，工业生产硫酸的方法是______________、氯碱工业的装置是_____________________。
（2）写出生产过程中X__________  Y___________ （填化学式）
（3）写出产生CuCl的化学方程式________________________________________________________。
（4）生产中为了提高CuCl产品的质量，采用______________法快速过滤，析出的CuCl晶体不用水而用无水乙醇洗涤的目的是______________________________；生产过程中调节溶液的pH不能过大的原因是______________________________。
（5）在CuCl的生成过程中理论上不需要补充SO₂气体，其理由是__________________________。
（6）在CuCl的生成过程中除环境问题、安全问题外，你认为还应该注意的关键问题是:
_____________________________________。
（7）氯化亚铜的定量分析：
①称取样品0.25g(称准至0.0002g)置于预先放入玻璃珠50粒和10ml过量的FeCl₃溶液250ml锥形瓶中，不断摇动；玻璃珠的作用是____________________________。
②待样品溶解后，加水50ml，邻菲罗啉指示剂2滴；
③立即用0.10 mol·L^-1硫酸铈标准溶液滴至绿色出现为终点；同时做空白试验一次。已知：CuCl + FeCl₃ =CuCl₂ + FeCl₂      Fe²⁺ + Ce⁴⁺= Fe³⁺ + Ce³⁺
如此再重复二次测得：

	1	2	3
空白实验消耗硫酸铈标准溶液的体积(ml)	0.75	0.50	0.80
0.25克样品消耗硫酸铈标准溶液的体积(ml)	24.65	24.75	24.70

 
④数据处理：计算得CuCl的纯度为____________。（平行实验结果相差不能超过0.3%）