高中化学常见气体制备原理及装置选择实验题

某小组以废铁屑、稀硫酸、饱和(NH₄)₂SO₄溶液为原料，经过一系列反应和操作后，合成了浅蓝绿色晶体X．为确定其组成，进行如下实验。
   
Ⅰ.结晶水的测定：称取7.84g浅蓝绿晶体，加热至100℃失去结晶水，冷却至室温后，称重，质量为5.68g。
Ⅱ.NH₄⁺的测定：将上述5.68g固体置于如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10%NaOH溶液，通入氮气，用40.00mL 1mol•L^-1的硫酸溶液吸收产生氨气。蒸氨结束后取下接收瓶，用2mol•L^-1NaOH标准溶液滴定过剩的硫酸，到终点时消耗20.00mLNaOH溶液。
Ⅲ.铁元素的测定：将上述实验结束后三颈瓶中的物质全部倒入锥形瓶中，向其中加入适量3%H₂O₂的溶液，充分振荡后滤出沉淀，洗净、干燥、灼烧后，测得其质量为1.6g。回答下列问题：
（1）在实验I中，不可能用到的实验仪器是________（填正确答案标号）

A．烧杯

B．铁架台（带铁圈）

C．坩埚

D．蒸发皿 E.酒精灯 F.干燥器 G.托盘天平

（2）在实验Ⅱ中，通入氮气的目的是____________。
（3）在实验Ⅱ中，用NaOH标准溶液滴定过剩的硫酸时，应使用______式滴定管；可使用的指示剂为_______；若在滴加氢氧化钠溶液时有少量待测液溅出，会使测量值________。
（4）在实验中，检验沉淀是否洗净的方法是________________。
（5）根据上述实验数据计算，该浅蓝绿晶体的化学式为_____________，三颈瓶中发生反应的离子方程式为_________。

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。工业上用潮湿的氯酸钾和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得。某学生拟用下如所示的装置模拟制取并收集二氧化氯。

（1）B必须放在冰水浴中控制温度，其原因是                                 。
（2）反应后在装置C中可的NaClO₂溶液。已知NaClO₂饱和溶液中在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂·H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂。根据右上图所示的NaClO₂溶解度曲线，请补充从NaClO₂溶液中制NaClO₂操作步骤：a    ;b     ；③洗涤；④干燥。
（3）亚氯酸钠（NaClO₂）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。某同学查阅资料后设计生产NaClO₂的主要流程如下。

①Ⅱ中反应的离子方程式是                             。
②ClO₂是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备。写出该反应化学方程式               。
③NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl。取等质量变质前后的NaClO₂试样均配成溶液，分别于足量硫酸亚铁溶液反应时，消耗亚铁离子物质的量             。（填“相同”，“不同”或“无法判断”）

肼是重要的化工原料。某探究小组利用下列反应制取水合肼（N₂H₄·H₂O）。
CO(NH₂)₂+2NaOH+NaClO＝Na₂CO₃+N₂H₄·H₂O+NaCl
实验一： 制备NaClO溶液（实验装置如图所示）

（1）配制30%NaOH溶液时，所需玻璃仪器除量筒外，还有    （填标号）
A．容量瓶      B．烧杯      C．烧瓶      D．玻璃棒
（2）锥形瓶中发生反应化学程式是                             。
（3）利用中和滴定反应原理测定反应后锥形瓶中混合溶液的NaOH的浓度。取一定量锥形瓶内混合溶液稀释一定倍数后，加入适量的H₂O₂溶液后，再滴加2－3滴甲基橙试液，用0.100mol/L盐酸滴定。需要加入H₂O₂除去ClO^－的原因是                      。
实验二： 制取水合肼。（实验装置如图所示）

控制反应温度，将分液漏斗中溶液缓慢滴入三颈烧瓶中，充分反应。加热蒸馏三颈烧瓶内的溶液，收集108-114℃馏分（已知：N₂H₄·H₂O易被NaClO氧化，高温易分解）
（4）分液漏斗中的溶液是            （填标号）。
A．CO (NH₂) ₂溶液  B．NaOH和NaClO混合溶液
选择的理由是                                           。
蒸馏时需要减压，原因是                                 。
实验三： 测定馏分中肼含量。
称取馏分5.000g，加入适量NaHCO₃固体，加水配成1000mL溶液，移出10.00mL，用0.1000mol·L^-1的I₂溶液滴定。滴定过程中，溶液的pH保持在6.5左右。
滴定过程中，NaHCO₃能控制溶液的pH在6.5左右，原因是能与在滴定过程中产生的      反应。
（6）实验测得消耗I₂溶液的平均值为16.40mL，馏分中水合肼（N₂H₄·H₂O）的质量分数为    。

卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe³⁺、Fe²⁺和Mn²⁺等离子。以卤块为原料可制得轻质氧化镁，工艺流程如图：

已知：Fe²⁺氢氧化物呈絮状，不易从溶液中除去，所以常将它氧化为Fe³⁺，生成Fe(OH)₃沉淀除去。若要求产品尽量不含杂质，请根据表1和表2提供的资料，填写空白：

表1 生成氢氧化物沉淀的pH		表2  化学试剂价格表
物质	开始沉淀	沉淀完全	试剂	价格（元/吨）
Fe(OH)3	2.7	3.7	漂液（含25.2% NaClO）	450
Fe(OH)2	7.6	9.6	双氧水（含30% H2O2）	2400
Mn(OH)2	8.3	9.8	烧碱（含98% NaOH）	2100
Mg(OH)2	10.0	11.1	纯碱（含99.5% Na2CO3）	600

（1）在步骤②中加入的试剂X（从表2中选择）是___而不是双氧水，其原因是________________。
写出加入X发生反应的离子方程式_______________________________。
（2）在步骤③中控制pH=9.8，其目的是_______________________________。
（3）沉淀物A的成分为_____________，试剂Y（从表2中选择）应该是________。
（4）在步骤⑤中发生反应的化学方程式是_______________________________。
（5）若在实验室中完成步骤⑥，则沉淀物C必需在______（填仪器名称）中灼烧。

CoCl₂•6H₂O是一种饲料营养强化剂。一种利用水钴矿（主要成分为Co₂O₃、Co(OH)₃，还含有少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等）制取CoCl₂•6H₂O的工艺流程如下：

已知：①浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、Al³⁺等，还原性Fe^2＋>Cl^－>Co²⁺；
②部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：（金属离子浓度为：0.01mol/L）

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Co(OH)2	Al(OH)3	Mn(OH)2
开始沉淀	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

③CoCl₂•6H₂O熔点为86℃，加热至110～120℃时，失去结晶水生成无水氯化钴。
回答下列问题：
（1）写出浸出过程中Co₂O₃发生反应的离子方程式                             。
（2）写出NaClO₃发生反应的主要离子方程式                       ；若不慎向“浸出液”中加过量NaClO₃时，可能会生成有毒气体，写出生成该有毒气体的离子方程式                        。
（3）“加Na₂CO₃调pH至a”，过滤所得到的沉淀成分为           、             。
（4）“操作1”中包含的基本实验操作，它们依次是         和过滤、减压烘干。
（5）萃取剂对金属离子的萃取率与pH的关系如图。向“滤液”中加入萃取剂的目的是              ；其使用的最佳pH范围是                 。．

A．2.0～2.5       B．3.0～3.5
C．4.0～4.5        D．5.0～5.5

黄铜矿（CuFeS₂）是制取铜及其化合物的主要原料之一，还可以制备硫及铁的化合物。工业流程图如下：

（1）冶炼铜的总反应可看做：8CuFeS₂+21O₂8Cu+4FeO+2Fe₂O₃+16SO₂，若CuFeS₂中Fe的化合价为+2，反应中被还原的元素是__  __（填元素符号），1molCuFeS₂参与反应转移电子的物质的量为     mol；
（2）上述冶炼过程产生大量气体A。下列处理方案中合理的是     （填代号）；
A．高空排放
B．用于制备硫酸
C．用纯碱溶液吸收制Na₂SO₄
D．用浓硫酸吸收
验证气体A的主要成分是SO₂的方法是                                     ；
（3）炉渣B（含Fe₂O₃、FeO、SiO₂、Al₂O₃）可制备Fe₂O₃。
A．加入H₂O₂发生反应的离子方程式是                                       ；
B．除去Al^3＋的离子方程式是                                     ；
（4）选用提供的试剂，设计实验验证炉渣B中含有FeO。
提供的试剂：稀盐酸 稀硫酸  KSCN溶液  KMnO₄溶液  NaOH溶液 碘水
所选试剂为                                ；
证明炉渣中含有FeO的实验现象为                                    。

某实验小组利用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，经查阅资料得知：无水FeCl₃在空气中易潮解，加热到100℃左右时易升华。下图是两个学生设计的实验装置，左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置不同，分别如(I)和(Ⅱ)所示，试回答：

（1）B中反应的离子方程式为__                                 __；
（2）实验中a与b两个酒精灯应先点燃         ，目的是                    ；
（3）收集装置（Ⅰ）的主要缺点是：                             ；装置（Ⅱ）也有缺点，必须采取的改进措施是：___                                             _。
（4）b酒精灯加热后，生成的烟状FeCl₃大部分进入收集器，少量沉积在反应管D右端，要使沉积的FeCl₃进入收集器，操作是                                     。
（5）实验中还缺少一个除杂装置，目的是除去                            ；应选择     做除杂剂。

A．饱和NaHCO3

B．水

C．饱和食盐水

D．NaOH溶液

硫酸亚锡（SnSO₄）是一种重要的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业。某研究小组设计SnSO₄制备路线如下：

查阅资料：
Ⅰ．酸性条件下，锡在水溶液中有Sn²⁺、Sn⁴⁺两种主要存在形式，Sn²⁺易被氧化。
Ⅱ．SnCl₂易水解生成碱式氯化亚锡, Sn相对原子质量为119
回答下列问题：
（1）锡原子的核电荷数为50，与碳元素属于同一主族，锡元素在周期表中的位置是        。
（2）操作Ⅰ是                             过滤洗涤。
（3）SnCl₂粉末需加浓盐酸进行溶解，请用平衡移动原理解释原因                     。
（4）加入Sn粉的作用有两个：①调节溶液pH ②        。
（5）反应Ⅰ得到沉淀是SnO，得到该沉淀的离子反应方程式是                            。
（6）酸性条件下，SnSO₄还可以用作双氧水去除剂，发生反应的离子方程式是               。
（7）该小组通过下列方法测定所用锡粉的纯度（杂质不参与反应）：
①将试样溶于盐酸中，发生的反应为：Sn + 2HCl===SnCl₂ + H₂↑；
②加入过量的FeCl₃；
③用已知浓度的K₂Cr₂O₇滴定生成的Fe²⁺，发生的反应为：
6FeCl₂ + K₂Cr₂O₇ + 14HCl ===6FeCl₃ + 2KCl + 2CrCl₃ +7H₂O
取1.226 g 锡粉，经上述各步反应后，共用去0.100 mol/L K₂Cr₂O₇溶液32.0ml。锡粉中锡的纯度是    。

黄铜矿的主要成分是CuFeS₂(硫元素显—2价，铁元素显+2价)。实验室里用黄铜矿为原料制取单质铜和铁红(Fe₂O₃)的流程如下：

已知：CuFeS₂+O₂Cu+FeS+SO₂，FeS+2HCl═FeCl₂+H₂S↑
（1）在实验室中，应将黄铜矿粉末放在_________(填仪器名称)中焙烧，操作a为            。
（2）欲选用下列部分装置在实验室中以MnO₂和浓盐酸为原料制取纯净、干燥的氯气。

①圆底烧瓶中发生反应的离子方程式为________________。
②按气流方向由左到右，导管口连接顺序为a→__________。
③装置连接好后，在装药品前，需检验装置的气密性，具体方法是__________________。
（3）若使用20 g黄铜矿粉末可制得8 gFe₂O₃(铁红)，则该黄铜矿中含CuFeS₂的质量分数是________ (假设各步反应均完全进行且过程中无额外物质损耗)。

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。工业上用潮湿的KClO₃和草酸（H₂C₂O₄）在60℃时反应制得。某学生拟用下图所示的装置模拟制取并收集ClO₂。

（1）B必须放在冰水浴中控制温度，其原因是                     。
（2）反应后在装置C中可得NaClO₂溶液。已知NaClO₂饱和溶液中在温度低于38℃时析出晶体是NaClO₂·3H₂O，在温度高于38℃时析出晶体是NaClO₂。根据右上图所示的NaClO₂溶解度曲线，请补充从NaClO₂溶液中制NaClO₂操作步骤：a           ；b          ；③洗涤；④干燥。
（3）亚氯酸钠（NaClO₂）是一种强氧化性漂白剂，广泛用于纺织、印染和食品工业。它在碱性环境中稳定存在。某同学查阅资料后设计生产NaClO₂的主要流程如下。

① Ⅱ中反应的离子方程式是                          。
② ClO₂是一种高效水处理剂，可用亚氯酸钠和稀盐酸为原料制备。写出该反应化学方程式            。
③ NaClO₂变质可分解为NaClO₃和NaCl。取等质量变质前后的NaClO₂试样均配成溶液，分别与足量FeSO₄溶液反应时，消耗Fe²⁺物质的量            。（填“相同”，“不同”或“无法判断”）

络氨铜【[Cu(NH₃)₄]SO₄】是一种重要的染料及农药中间体。已知：①以氧化铜为主要原料合成该物质的合成路线如下图：

②络氨铜在乙醇－水混合溶剂中的溶解度随乙醇体积分数的变化曲线示意图如下。

③(NH₄)₂SO₄在水中可溶，在乙醇中难溶。
请根据以上信息回答下列问题：
（1）由CuO制出的CuSO₄溶液中常含有 Fe₂(SO₄)₃杂质，请设计一个可行方案，检验CuSO₄溶液中是否含有Fe³⁺：                      。
（2）[Cu(NH₃)₄]SO₄在水中存在如下解离过程：[Cu(NH₃)₄]SO₄===[Cu(NH₃)₄]²⁺（深蓝色离子）+SO₄^2－；[Cu(NH₃)₄]²⁺Cu²⁺+4NH₃。请写出在CuSO₄溶液中逐滴加入氨水至过量的反应现象：              。
（3）①方案1的实验步骤为：加热蒸发→冷却结晶→过滤洗涤→干燥。该方案存在明显缺陷，因为得到的产物晶体往往含有Cu₂(OH)₂SO₄杂质，产生该杂质的原因是            。
②方案2是较为理想的结晶方案，先向溶液C加入适量            （填物质名称），再过滤、洗涤、干燥即可得到较纯净的晶体。下列选项中，最适合作为滤出晶体洗涤液的是            。

A．乙醇

B．蒸馏水

C．乙醇和水的混合液

D．饱和硫酸钠溶液

洗涤沉淀的操作方法是                        。
（4）氨含量的测定：准确称取a g络氨铜样品，加入过量NaOH溶液微热，使NH₃充分释放，并被准确量取的30.00mL 0.5000mol^.L^－1HCl溶液充分吸收。吸收液用0.1200mol·L^－1的NaOH溶液滴定，消耗的NaOH溶液的体积为V L，则络氨铜样品中氨的质量分数为                （用含a、V的字母表达）。

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：                         。

某校化学课外小组为了鉴别碳酸钠和碳酸氢钠两种白色固体，用不同的方法做了以下实验，如图I～IV所示。

（1）只根据图I、II所示实验，能够达到实验目的的是(填装置序号)__________。
（2）图III、IV所示实验均能鉴别这两种物质，其反应的化学方程式为___________________；与实验III相比，实验IV的优点是(填选项序号)__________。

A．III比IV复杂

B．IV比III安全

C．IV比III操作简便

D．IV可以做到用一套装置同时进行两个对比实验，而III不行

（3）若用实验V验证酸钠和碳酸氢钠的稳定性，则试管B中装入的固体最好是(填化学式)______。
（4）将碳酸氢钠溶液与澄清石灰水混合并充分反应。
①当石灰水过量时，其离子方程式为___________；②碳酸氢钠与氢氧化钙的物质的量之比是2:1时，所得溶液中的溶质的化学式为______。

氨基甲酸铵（NH₂COONH₄）是一种白色固体，易分解、易水解，可用做肥料、灭火剂、洗涤剂等。某化学兴趣小组模拟工业原理制备氨基甲酸铵，反应的化学方程式如下：
2NH₃（g）+CO₂（g）NH₂COONH₄（s）   ΔH＜0
（1）如用下图装置A制取氨气，你所选择的试剂是。

装置A                           装置B
（2）制备氨基甲酸铵的装置B如上图所示，把氨气和二氧化碳通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵小晶体悬浮在四氯化碳中。当悬浮物较多时，停止制备。
注：四氯化碳与液体石蜡均为惰性介质。
①发生器用冰水冷却的原因是：                、               。液体石蜡鼓泡瓶的作用是：               。
②从反应后的混合物中分离出产品，为了得到干燥产品，应采取的方法是_______（填写选项序号）。
a．常压加热烘干    b．高压加热烘干    c．真空40 ℃以下烘干
③尾气处理装置如图所示。

双通玻璃管的作用：；浓硫酸的作用：               、               。
（3）取因部分变质而混有碳酸氢铵的氨基甲酸铵样品11．73 g，用足量石灰水充分处理后，使碳元素完全转化为碳酸钙，过滤、洗涤、干燥，测得质量为15．00 g。
则样品中氨基甲酸铵的物质的量分数为      _____    。

利用废旧镀锌铁皮可制备磁性Fe₃O₄胶体粒子及副产物ZnO。制备流程如下：

已知：Zn及其化合物的性质与Al及其化合物的性质相似。请回答下列问题：
（1）用NaOH溶液处理废旧镀锌铁皮的作用有                 。

A．去除油污

B．溶解镀锌层

C．去除铁锈

D．钝化

（2）调节溶液A的pH可产生Zn（OH）₂沉淀，为制得ZnO，后续操作步骤是               。
（3）由溶液B制得Fe₃O₄胶体粒子的过程中，须持续通入N₂，其原因是                    。
（4）Fe₃O₄胶体粒子能否用减压过滤法实现固液分离         （填“能”或“不能”），理由是                     。
（5）用重铬酸钾法（一种氧化还原滴定法）可测定产物Fe₃O₄中的二价铁含量。若需配制浓度为0.01000mol·L^-1的K₂Cr₂O₇标准溶液250mL，应准确称取K₂Cr₂O₇         g（保留4位有效数字，已知M（K₂Cr₂O₇）=294.0g·mol^-1）。配制该标准溶液时，下列仪器不必要用到的有              。（用编号表示）
①电子天平  ②烧杯  ③量筒  ④玻璃棒  ⑤容量瓶  ⑥胶头滴管  ⑦移液管
（6）滴定操作中，如果滴定前装有K₂Cr₂O₇标准溶液的滴定管尖嘴部分有气泡，而滴定结束后气泡消失，则滴定结果将               （填“偏大”、“偏小”或“不变”）。