高中化学常见气体制备原理及装置选择试题

实验室利用废铜合金(含少量铁和铝)来制取硫酸铜晶体(CuSO₄·xH₂O)，方案如下：

金属离子生成氢氧化物沉淀的pH可参考下列数据：

	Fe^3^＋	Fe^2^＋	Cu^2^＋	Al^3^＋
开始沉淀时的pH	2.2	7.5	5.2	3.7。]
完全沉淀时的pH	3.2	9.0	6.7	4.7

请回答：
（1）写出加入混酸后，合金中铜溶解的离子方程式____________________。
（2）若溶解合金时加入的混酸由2 L 3 mol·L^－1硫酸和1 L 2 mol·L^－1硝酸混合而成，则反应后生成标准状况下的NO的体积最多为________L。
（3）加入H₂O₂的目的是________。
（4）为保证产品的纯度，M物质最好选用________(填字母)，调节pH的范围为________。
a．Cu(OH)₂  b．H₂SO₄
c．NH₃·H₂O  d．Na₂CO₃
（5）滤液D中加入硫酸的目的为_________________________________。
（6）从溶液E制得CuSO₄·xH₂O晶体所需要的步骤为________、________、过滤、干燥。
（7）要测定所得硫酸铜晶体CuSO₄·xH₂O中x的值，下列说法不正确的是________(填字母)。
a．称量操作至少要进行4次
b．需将坩埚放在石棉网上进行加热
c．加热后，将坩埚放在石棉网上冷却，会使所测x的值偏小

三氯化铁是合成草酸铁的重要原料。
（1）利用工业FeCl₃制取纯净的草酸铁晶体[Fe₂(C₂O₄)₃·5H₂O]的实验流程如下图所示：

①为抑制FeCl₃水解，溶液X为             。
②上述流程中FeCl₃能被异丙醚萃取，其原因是          ；检验萃取、分液后所得水层中是否含有Fe^3＋的方法是               。
③所得Fe₂(C₂O₄)₃·5H₂O需用冰水洗涤，其目的是                   。
④为测定所得草酸铁晶体的纯度，实验室称取a g样品，加硫酸酸化，用KMnO₄标准溶液滴定生成的H₂C₂O₄，KMnO₄标准溶液应置于如图所示仪器                 （填“甲”或“乙”）中。下列情况会造成实验测得Fe₂(C₂O₄)₃·5H₂O含量偏低的是                 。

a．盛放KMnO₄的滴定管水洗后未用标准液润洗
b．滴定管滴定前尖嘴部分有气泡，滴定后消失
c．滴定前仰视读数，滴定后俯视读数
（2）某研究性学习小组欲从蚀刻镀铜电路板所得废液（溶质为FeCl₂、CuCl₂、FeCl₃）出发，制备单质铜和无水FeCl₃，再由FeCl₃合成Fe₂(C₂O₄)₃·5H₂O。请补充完整由蚀刻废液制备单质铜和无水FeCl₃的实验步骤（可选用的试剂：铁粉、盐酸、NaOH溶液和H₂O₂溶液）：向废液中加入足量铁粉，充分反应后过滤；__________；___________；调节溶液pH，将溶液蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤干燥得FeCl₃·6H₂O；     ___________，得到无水FeCl₃。

硫酸四氨合铜晶体（[Cu(NH₃)₄]SO₄·H₂O）常用作杀虫剂、媒染剂，在碱性镀铜中也常用作电镀液的主要成分，在工业上用途广泛。常温下该物质在空气中易与水和二氧化碳反应，生成铜的碱式盐，使晶体变成绿色的粉末。下面为硫酸四氨合铜晶体的制备以及NH₃和SO₄^2-质量百分数的测定实验。
步骤一：硫酸四铵合铜晶体的制备
发生反应为：CuSO₄  + 4NH₃·H₂O = [Cu(NH₃)₄]SO₄·H₂O + 3H₂O 。现取10 g CuSO₄·5H₂O溶于14 mL水中，加入20 mL浓氨水, 沿烧杯壁慢慢滴加95%的乙醇。静置析出晶体后，减压过滤，晶体用乙醇与浓氨水的混合液洗涤，再用乙醇与乙醚的混合液淋洗，然后将其在60 ℃左右小心烘干。
步骤二：NH₃的质量百分数的测定（装置如图所示）

称取0.250 g 样品，放入250 mL锥形瓶中，加80 mL水溶解。在另一锥形瓶中，准确加入30 mL 0.500 mol•L^-1 HCl标准溶液，放入冰水浴中。从漏斗中加入15 mL 10% NaOH溶液，加热样品，保持微沸状态 1小时左右。蒸馏完毕后，取出插入HCl 溶液中的导管，用蒸馏水冲洗导管内外，洗涤液收集在氨吸收瓶中，从冰水浴中取出吸收瓶，加 2 滴酸碱指示剂，用0.500 mol•L^-1的NaOH标准溶液滴定，用去NaOH标准溶液22.00 mL。
步骤三：SO₄^2-质量百分数的测定

称取试样0.600 g置于烧杯中，依次加入蒸馏水、稀盐酸、BaCl₂溶液，水浴加热半小时。过滤，用稀硫酸洗涤。取下滤纸和沉淀置于已恒重的坩埚中在800－850℃灼烧至再次恒重，得到固体0.699 g。
（1）步骤一加入95%乙醇的作用为____________________________。此步骤进行两次洗涤操作，用乙醇与乙醚的混合液淋洗的目的为____________________。不采用蒸发浓缩、冷却结晶的方法制备硫酸四氨合铜晶体的原因为__________________。
（2）步骤二装置中15 mL 10% NaOH溶液加热样品，保持微沸状态1小时左右的目的是_______________。通过此步骤测定NH₃的质量百分数为_________________。此实验装置，如不使用空气冷凝管和冰水浴将使氨气的测定结果_______________（“偏高”、“不变”或“偏低”）。
（3）步骤二中，根据酸碱中和滴定曲线分析，此实验中所加入的酸碱指示剂为___________。
A．甲基橙     B．甲基红     C．酚酞
（4）步骤三中用稀硫酸洗涤的目的是_______________（用必要的方程式和文字说明）。该步骤中灼烧过程如果温度过高可生成一种有害气体和一种可溶于水的盐，写出该反应的化学方程式_________。

铝元素在自然界中主要存在于铝土矿(主要成分为Al₂O₃，还含有Fe₂O₃、FeO、SiO₂)中，工业上用铝土矿制备铝的某种化合物的工艺流程如图1．

（1）在滤液A中加入漂白液，目的是氧化除铁，所得滤液B显酸性．
①检验滤液B中是否还含有铁元素的方法为______________________(注明试剂、现象)；
②由滤液B制备氯化铝晶体涉及的操作为：边滴加浓盐酸边蒸发浓缩、___________、_________、洗涤；
（2）新型铝空气电池具有比能量大、质量轻、无毒和危险性等优点．Al电极易被NaOH溶液腐蚀，这是该电池目前未能推广使用的原因之一，电极被腐蚀的离子方程式为
（3）对金属制品进行抗腐蚀处理，可延长其使用寿命．图3为铝材表面处理的一种方法
①碱洗的目的是除去铝材表面的自然氧化膜，原理是___________________________(用离子方程式表示)．为将碱洗槽液中铝元素以沉淀形式回收，最好向槽液中加入下列试剂中的___________
a．NH₃         b．CO₂        c．NaOH      d．HNO₃
②以铝材为阳极，在H₂SO₄溶液中电解，铝材表面形成氧化膜，则阳极电极反应为______________；取少量废电解液，加入NaHCO₃，溶液后产生气泡和白色沉淀，产生沉淀的原因是______________．(用离子方程式表示)。

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________。

某化学活动小组按下图所示流程由粗氧化铜样品（含少量氧化亚铁及不溶于酸的杂质）制取无水硫酸铜。

已知Fe³⁺、Cu²⁺、Fe²⁺三种离子在水溶液中形成氢氧化物沉淀的pH范围如下图所示：

请回答下列问题：
（1）在整个实验过程中，下列实验装置不可能用到的是        （填序号）

①          ②           ③           ④             ⑤
（2）溶液A中所含溶质为        ；
（3）物质X应选用        （填序号），沉淀II的主要成分是
①氯水       ②双氧水        ③铁粉         ④高锰酸钾
（4）从溶液C中制取硫酸铜晶体的实验操作为        。
（5）用“间接碘量法”可以测定溶液A中Cu²⁺(不含能与I^－发生反应的杂质)的浓度。过程如下：
第一步：移取10.00mL溶液A于100mL容量瓶，加水定容至100mL。
第二步：取稀释后试液20.00mL于锥形瓶中，加入过量KI固体，充分反应生成白色沉淀与碘单质。
第三步：以淀粉溶液为指示剂，用0.05000mol·L^－1的Na₂S₂O₃标准溶液滴定，前后共测定三组。达到滴定终点时，消耗Na₂S₂O₃标准溶液的体积如下表：
（已知：I₂+2S₂O₃^2－===2I^－+S₄O₆^2－）

滴定次数	第一次	第二次	第三次
滴定前读数（mL）	0.10	0.36	1.10
滴定滴定后读数（mL）	20.12	20.34	22.12

①CuSO₄溶液与KI的反应的离子方程式为        。
②滴定中，试液Na₂S₂O₃应放在        （填“酸式滴定管”或“碱式滴定管”），判断滴定终点的依据是        。
③溶液A中c(Cu²⁺)=        mol·L^-1

Ⅰ、亚硝酸钠在漂白、电镀等方面应用广泛。现在木炭、浓硝酸、水和铜为原料生成的一氧化氮与过氧化钠反应制备亚硝酸钠的装置如图所示(部分夹持装置略)。

已知：①3NaNO₂+3HCl═3NaCl+HNO₃+2NO↑+H₂O
②酸性条件下，NO或NO₂^-都能与MnO₄^-反应生成NO₃^-和Mn²⁺；
完成下列填空：
（1）写出a仪器的名称__________________；
（2）为避免B中逸出的气体中混有的杂质气体与Na₂O₂反应，应在B、C装置间增加一个装置，则该装置中盛放的药品名称为__________________；
（3）写出NO与Na₂O₂在常温下生成NaNO₂的化学反应方程式_________________；当该反应中转移0.1mole^-时，理论上吸收标准状况下NO的体积为__________________；
（4）D装置中发生反应的离子方程式为__________________。
Ⅱ、焦亚硫酸钠(Na₂S₂O₅)是常用的食品抗氧化剂之一。某研究小组进行如下实验：

实验一 焦亚硫酸钠的制取
采用如图装置(实验前已除尽装置内的空气)制取Na₂S₂O₅．装置Ⅱ中有Na₂S₂O₅晶体析出，发生的反应为：Na₂SO₃+SO₂═Na₂S₂O₅
（1）装置Ⅰ中产生气体的化学方程式为___________________；
（2）要从装置Ⅱ中获得已析出的晶体，可采取的分离方法是_______________；
（3）装置Ⅲ用于处理尾气，可选用的最合理装置(夹时仪器已略去)为____________(填序号)；

实验二 葡萄酒中抗氧化剂残留量的测定
（4）葡萄酒常用Na₂S₂O₅作抗氧化剂．测定某葡萄酒中抗氧化剂的残留量(以游离SO₂计算)的方案如下：

(已知：滴定时反应的化学方程式为SO₂+I₂+2H₂O═H₂SO₄+2HI)
在上述实验过程中，若有部分HI被空气氧化，则测定结果__________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。

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_______________。

ClO₂与Cl₂的氧化性相近，常温下均为气体，在自来水消毒和果蔬保鲜等方面应用广泛。某兴趣小组通过图1装置（夹持装置略）对其制备、吸收、释放和应用进行了研究。

（1）仪器C的名称是：___________。安装F中导管时，应选用图2中的：___________。（填“a”或“b”）
（2）打开B的活塞，A中氯酸钠和稀盐酸混和产生Cl₂和ClO₂，写出反应化学方程式：___________；为使ClO₂在D中被稳定剂充分吸收，可采取的措施是：___________。
（3）关闭B的活塞，ClO₂在D中被稳定剂完全吸收生成NaClO₂，此时F中溶液的颜色不变，则装置C的作用是：_________________。
（4）已知在酸性条件下NaClO₂可发生反应生成NaCl并释放出ClO₂，该反应的离子方程式为：___________，在ClO₂释放实验中，打开E的活塞，D中发生反应，则装置F的作用是：______________。
（5）已吸收ClO₂气体的稳定剂Ⅰ和Ⅱ，加酸后释放ClO₂的浓度随时间的变化如图3所示，若将其用于水果保鲜，你认为效果较好的稳定剂的原因是 _____________________。

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)。

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    。

为了保护环境，充分利用资源，某研究小组通过如图简化流程，将工业制硫酸的硫铁矿烧渣（含Fe₂O₃．SiO₂．Al₂O₃等）转变成重要的工业原料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，不考虑其它反应，请回答下列问题：
（1）第1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．KSCN溶液

C．KCl溶液

D．KOH

（3）第III步加FeCO₃调溶液pH=6时，利用相关数据计算，（已知Ksp Al（OH）₃=1.9×10^﹣33，当离子浓度小于1×10^﹣5mol•L^﹣1时，可认为沉淀完全）判断Al³⁺_______（填“是”或“否”）能沉淀完全。
（4）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）△H=﹣1648kJ/mol
C（s）+O₂（g）═CO₂（g）△H=﹣393kJ/mol
2Fe（s）+2C（s）+3O₂（g）═2FeCO₃（s）△H=﹣1480kJ/mol
FeCO₃在空气中加热反应生成Fe₂O₃的热化学方程式是__________．
（5）FeSO4溶液在加热浓缩结晶时要注意_________________________________,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__________．

某同学采用硫铁矿焙烧取硫后的烧渣(主要成分为Fe₂O₃、SiO₂、Al₂O₃，不考虑其他杂质)制取七水合硫酸亚铁(FeSO₄·7H₂O)，设计了如下流程：

下列说法不正确的是（  ）

A．溶解烧渣选用足量硫酸，试剂X选用铁粉

B．固体1中一定含有SiO2，控制pH是为了使Al^3+转化为Al(OH)3，进入固体2

C．从溶液2得到FeSO4·7H2O产品的过程中，须控制条件防止其氧化和分解

D．若改变方案，在溶液1中直接加NaOH至过量，得到的沉淀用硫酸溶解，其溶液经结晶分离也可得到FeSO4·7H2O

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。某小组模拟制备氨基甲酸铵的反应为：2NH₃(g)+CO₂(g)NH₂COONH₄(s) ΔH＜0。（温度对反应的影响比较灵敏）
（1）如用下图装置和选用的试剂制取氨气，其中错误的是________；氨气的实验室制法的化学方程式是                                                  。

（2）制备氨基甲酸铵的装置如下图所示，把NH₃和CO₂通入四氯化碳中，不断搅拌混合，生成的氨基甲酸铵的小晶体悬浮在CCl₄中。 当悬浮物较多时，停止制备。（注：CCl₄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                            ；
双通玻璃管的作用是                                ；
浓硫酸的作用是                                    。
②从反应后的混合物中分离出产品的实验方法是             （填写操作名称）。
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．减压40℃以下烘干
（3）制得的氨基甲酸铵可能含有碳酸氢铵、碳酸铵中的一种或两种。请利用下列试剂，设计实验方案，对制得的氨基甲酸铵中的杂质进行成分探究。
限选试剂：蒸馏水、稀HNO₃、BaCl₂溶液、澄清石灰水、AgNO₃溶液、稀盐酸。

I实验室用加热固体氯化铵和氢氧化钙的混合物制取氨，反应的化学方程式为：        。所制得气体中常含有少量杂质气体，为了得到纯净的氨气并加以检验，请在下列装置或试剂中，根据要求作出适当选择，并将编号字母填入表中的空格处。
（1）装置：

（2）试剂： a．NaOH溶液 b．澄清石灰水 c．浓硫酸 d．饱和NaHCO₃溶液 e．碱石灰f．品红溶液 g．湿润的红色石蕊试纸  

制取 气体	杂质气体	制取气体的 发生装置	除去杂质气体的净化装置	收集 装置	净化装置内 所用试剂	检验制得气 体所用试剂
NH3	H2O（g）

II如图所示，在干燥的圆底烧瓶里充满氨气，用带有玻璃管和滴管（滴管里预先吸入水）的塞子塞紧瓶口。立即倒置烧瓶，使玻璃管插入盛有水的烧杯里（预先在水里滴入少量酚酞溶液）。打开橡皮管上的夹子，轻轻挤压滴管，使少量水进入烧瓶，可观察到的现象为：____            。