高中化学探究沉淀溶解实验题

(12分)某科研小组在900℃的空气中合成出化学式为La₂Ca₂MnO_x的超导体材料，其中La以+3价存在。为确定x的值，进行如下分析：
步骤1：准确称取0.5250g超导体材料样品，放入锥形瓶中，加25.00mL0.06000mol·L^-1 Na₂C₂O₄溶液(过量)和25mL 6mol·L^-1 HNO₃溶液，在6070℃下充分摇动，约半小时后得到无色透明溶液A(该条件下，只有Mn元素被还原为Mn²⁺，Na₂C₂O₄被氧化为CO₂)。
步骤2：用0.02000mol·L^-1 KMnO₄溶液滴定溶液A至终点，消耗10.00mL KMnO₄溶液。
（1）步骤1反应后溶液中Mn²⁺的物质的量浓度为0.02000mol·L^-1。常温下，为防止Mn²⁺形成Mn(OH)₂沉淀，溶液的pH的范围为      [已知Mn(OH)₂的K_sp=2.0×10^-13]。
（2）步骤2滴定终点的现象是         。
（3）步骤2滴定终点读数时俯视刻度，其他操作都正确，则所测x的值将        (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
（4）求x的值(写出计算过程)。

(15分)酸性条件下，锡在水溶液中有Sn²⁺、Sn⁴⁺两种主要存在形式。
I、SnSO₄是一种重要的硫酸盐，广泛应用于镀锡工业，其制备路线如下：

回答下列问题：
（1）SnCl₂用盐酸而不用水直接溶解的原因是      ，
（2）加入Sn粉的作用是             。
（3）反应A生成的沉淀为SnO，写出该反应的化学方程式：                       。
（4）反应B硫酸的作用之一是控制溶液的pH，若溶液中c(Sn²⁺)=1.0mol·L^-1，则应控制溶液pH         。已知：Ksp[Sn(OH)₂]=1.0×10^—26。
（5）酸性条件下，SnSO₄还可以用作双氧水去除剂，试写出发生反应的离子方程式：                。
II、金属Sn的制备——以锡石SnO₂为原料，用足量的焦炭作还原剂，在高温下可制得粗锡
（6）该反应的化学方程式为________________________________________。
（7）已知锡与碳同族，粗锡经电解精炼可得纯锡，精炼时的阴极反应式为___________________。

(16分)为检验溶液中是否含有Cl^-，某同学采用向溶液中先加HNO₃，再加AgNO₃，溶液的实验方案，若有白色沉淀生成，则证明有Cl^-。对此结论，有人提出了质疑，设计了如下探究性实验。
实验一：向Na₂SO₄溶液中滴加AgNO₃溶液

编号	Na2SO4溶液	AgNO3溶液	现象
体积/mL	浓度／(mol·L^-1)	体积/滴	浓度／(mol·L^-1)
①	1	l	3	2	出现大量白色沉淀
②	1	1	3	0.5	出现少量白色沉淀
③	1	1	3	0.1	有些许浑浊
④	1	1	3	0.0l	无明显变化

（1）实验一中产生沉淀的离子方程式为         。
（2）学生设计了如下表格，对实验一内容进行理论计算，请帮他完成表格。(表中不要留空格)。
[25℃时Ksp(Ag₂SO₄)=1．2×10^-5，Ksp(AgCl)=1．8×10^-10]

编号	AgNO3浓度／(mol·L^-1)	稀释后Ag^+浓度／(mol·L^-1)	混合液中SO4^2-的最小理论检出浓度／(mol·L^-1)
①	2	0.2	0.0003
②	0.5		0.0048
③	0.1	0.0l	0.12
④		0.001

若向l mL某溶液中加入3滴0．1 mol／L AgNO₃溶液，分析上面数据，判断下列说法正确的是       (填字母序号)。
A．混合液中c(SO₄^2-)=0．1 mol／L时不会产生Ag₂SO₄沉淀
B．混合液中c(SO₄^2-)="1" mol／L时不会产生Ag₂SO₄沉淀
C．无论SO₄^2-浓度大小都会产生Ag₂SO₄沉淀
D．若使用0．01 mol／L AgNO₃溶液，可基本排除SO₄^2-对Cl^-检验构成的干扰
（3）将实验一中编号③中的理论计算结果与现象对照，发现理论上大部分Ag⁺应该形成沉淀，这与“有些许浑浊”的现象相矛盾。为探究真相，在实验一的基础上继续设计了以下实验。
实验二：

编号	AgNO3溶液 浓度／(mol·L^-1)	现象	向沉淀中滴加硝酸后的现象
①	2	出现大量白色沉淀	滴加稀硝酸，沉淀大量溶解；改加浓硝酸，沉淀较快消失
②	0.5	出现少量白色沉淀	滴加稀硝酸，沉淀基本消失

对于Ag₂SO₄溶于硝酸的原因提出了如下假设，请完成假设一。(已知：H₂SO₄===H⁺+HSO₄^-、
HSO₄^-H⁺+SO₄^2-；假设二可能的原因是NO₃^-与Ag⁺形成配位化合物)
假设一：                                 。
假设二：NO₃^-对Ag₂SO₄溶解起作用。
（4）从下列限选试剂中选择适当试剂并设计实验方案，分别验证假设一和假设二是否成立。请写出实验步骤和结论               (限选试剂：Ag₂SO₄固体、浓HNO₃、NaNO₃饱和溶液、CaSO₄固体)。
（5）通过（4）的实验，若证实假设一成立，请用平衡理论解释Ag₂SO₄溶解的原因               。

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，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如下图。涉及的主要反应是6FeO·Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O。

（1）碱浸前将铬铁矿粉碎的作用                                                 。
（2）反应器①中除发生题中所给反应外，请写出其他两个化学方程式（要求两个反应中反应物均不相同）              ；              。③中调节PH=7-8所得滤渣为         、         。
（3）从平衡角度分析④中酸化的原理                                           ；
（4）用简要的文字说明操作⑤加入KCl能得到K₂Cr₂O₇晶体的原因是                。
（5）称取重铬酸钾试样2．500g配成250mL溶液，取出25．00mL于碘量瓶中，向其中加入10mL2mol/ LH₂SO₄和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr³⁺)，放于暗处5min。然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2—＝2I^—+S₄O₆^2—）
①判断达到滴定终点的依据是                                           ；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液40．00mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为（设整个过程中其它杂质不参加反应）         （保留2位有效数字）。

(14分)某化学小组通过查阅资料，设计了如下图所示的方法以含镍废催化剂为原料来制备NiSO₄。已知某化工厂的含镍废催化剂主要含有Ni，还含有Al(31％)、Fe(1．3％)的单质及氧化物，其他不溶杂质(3.3％)。

部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时的pH如下：

（1）“碱浸”过程中发生反应的离子方程式是           。
（2）“酸浸”时所加入的酸是                     (填化学式)。
（3）加入H₂O₂时发生反应的离子方程式为           。
（4）操作b为调节溶液的pH，你认为pH的调控范围是           。
（5）产品晶体中有时会混有少量绿矾(FeS0₄·7H₂0)，其原因可能是           。(写出一点即可)。
（6）NiSO₄·7H₂O可用于制备镍氢电池(NiMH)，镍氢电池目前已经成为混合动力汽车的一种主要电池类型。NiMH中的M表示储氢金属或合金。该电池在充电过程中总反应的化学方程式是Ni(OH)₂+M=NiOOH+MH，则NiMH电池放电过程中，正极的电极反应式为       。

(14分)BaCl₂·xH₂O是用途广泛的基础化工产品。我国目前主要是用盐酸和硫化钡(含少量Mg^2＋、Fe^3＋等)反应生产BaCl₂·xH₂O，工艺流程如图所示。请回答：

已知：室温时K_sp[Mg(OH)₂ ]=1.8×10^－11，K_sp[Fe(OH)₃ ]=4.0×10^－38
（1）反应I中生成的H₂S用足量氨水吸收，一定条件下向所得溶液中通人空气，又可得到单质硫并使吸收液再生，再生反应的化学方程式为_________。
（2）所得氯化钡粗液中含硫化合物(H₂S、HS^－等)影响产品质量，可鼓人预热后的空气吹出，预热空气的目的是_________；沉淀A的主要成分是_________。
（3）热空气吹除时会有部分HS^－转变为S₂O₃^2－，使产品仍不能达到纯度要求，可再行酸化脱硫，酸化脱硫时的离子方程式为_________。
（4）室温时，为使Mg^2＋、Fe^3＋完全沉淀(当溶液中离子浓度小于1×l0^－5mol时认为该离子完全沉淀)，应将溶液的pH调至_________(只列算式)以上。
（5）实验室测定产品中x的步骤如下：
①准确称取12.23 g BaCl₂·xH₂O样品，加入l00 mL稀盐酸加热溶解；
②边搅拌，边逐滴加入0.lmolH₂SO₄溶液，待BaSO₄完全沉淀，过滤，沉降后洗涤沉淀2—3次；
③将沉淀充分干燥后称量，质量为11.65 g，检验BaSO₄沉淀是否洗涤干净的方法是_______；经计算x的数值为_________。

硅孔雀石是一种含铜的矿石，含铜形态为CuCO₃•Cu(OH)₂和CuSiO₃•2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质。以硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下：

（1）步骤①中稀硫酸与CuSiO₃·2H₂O发生反应的化学方程式：                      ；
用离子方程式表示双氧水的作用_______________________________________。
（2）步骤②调节溶液pH选用试剂不可以是__________________
a．CuO        b．Cu (OH)₂         c．Cu₂(OH)₂CO₃          d．CuSO₄
（3）有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氢氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知当溶液pH=4时，可以完全除去的离子是______（填金属离子符号，后同），不能完全除去的离子是________。
（4）滤液B通过蒸发浓缩（设体积浓缩为原来的一半）、冷却结晶、洗涤可以得到CuSO₄•5H₂O晶体。某同学认为上述操作会有硫酸铝晶体析出。请你结合相关数据，通过计算对该同学的观点予以评价       (填“正确”、“不正确”、或“无法判断”)
【已知常温下，Al₂(SO₄)₃饱和溶液中c(Al³⁺)=2.25mol/L，K_sp[Al(OH)₃]=3.2×10^-34】
（5）测定硫酸铜晶体（CuSO₄•5H₂O）里结晶水的含量，实验步骤为：a．研磨；b．称量空坩埚和装有试样的坩埚的质量；c．灼烧；d．干燥器中冷却；e．称量；f．重复c至e的操作，直到连续两次称量的质量差不超过0.1g为止；⑦根据实验数据计算硫酸铜结晶水的含量。
①步骤c用到的仪器有酒精灯、三脚架、泥三角、玻璃棒、      、      。
②步骤f的目的是                                                      。
③如灼烧后在空气中冷却再称量，结晶水的测定结果会____(填“偏高”、“低”或“不变”)

某学生探究AgCl、Ag₂S沉淀转化的原因。

步 骤	现  象
Ⅰ.将NaCl与AgNO3溶液混合	产生白色沉淀
Ⅱ.向所得固液混合物中加Na2S溶液	沉淀变为黑色
Ⅲ.滤出黑色沉淀，加入NaCl溶液	较长时间后，沉淀变为乳白色

（1）Ⅰ中的白色沉淀是         。
（2）Ⅱ中能说明沉淀变黑的的离子方程式是     ，沉淀转化的主要原因是      。
（3）滤出步骤Ⅲ中乳白色沉淀，推测含有AgCl。用浓HNO₃溶解，产生红棕色气体，部分沉淀未溶解，过滤得到滤液X和白色沉淀Y。
ⅰ．向X中滴加Ba（NO₃）₂溶液，产生白色沉淀
ⅱ．向Y滴加KI溶液，产生黄色沉淀
①由ⅰ判断，滤液X中被检出的离子是      。
②由ⅰ、ⅱ可确认步骤Ⅲ中乳白色沉淀含有AgCl和另一种沉淀______。
（4）该学生通过如下对照实验确认了步骤Ⅲ中乳白色沉淀产生的原因：在NaCl存在下，氧气将Ⅲ中黑色沉淀氧化。

现 象	B：一段时间后，出现乳白色沉淀
C：一段时间后，无明显变化

①A中产生的气体是_________。
②C中盛放的物质W是_________。
③该同学认为B中产生沉淀的反应如下（请补充完整）：
2Ag₂S +      +    + 2H₂O  4AgCl +   + 4NaOH
④B中NaCl的作用是_______。

碱式硫酸铁[Fe(OH)SO₄]是一种用于污水处理的新型高效絮凝剂。工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Al(OH)3
开始沉淀	2.3	7.5	3.4
完全沉淀	3.2	9. 7	4.4

回答下列问题：
（1）加入少量NaHCO₃的目的是调节pH在                    范围内。
（2）反应Ⅱ中加入NaNO₂的目的是氧化亚铁离子，写出该反应的离子方程式为             。
（3）碱式硫酸铁溶于水后生成的Fe(OH)²⁺离子可部分水解生成Fe₂(OH)₄²⁺ 聚合离子，该水解反应的离子方程式为                                               。
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁。根据我国质量标准，产品中不得含有Fe²⁺及NO₃^－。为检验所得产品中是否含有Fe²⁺，应使用的试剂为        。
A．氯水        B．KSCN溶液       C．NaOH溶液      D．酸性KMnO₄溶液
（5）为测定含Fe²⁺和Fe³⁺溶液中铁元素的总含量，实验操作如下：准确量取20.00mL溶液于带塞锥形瓶中，加入足量H₂O₂，调节pH<2，加热除去过量H₂O₂；加入过量KI充分反应后,再用 0.1000 mol·L^-1 Na₂S₂O₃标准溶液滴定至终点，消耗标准溶液20.00mL。
已知：
则溶液中铁元素的总含量为        g·L^-1。若滴定前溶液中H₂O₂没有除尽，所测定的铁元素的含量将
会       (填“偏高” “偏低” “不变”)

【改编】污染物的有效去除和资源的充分利用是化学造福人类的重要研究课题。某研究小组利用软锰矿(主要成分为MnO₂，另含有少量铁、铝、铜、镍等金属化合物)作脱硫剂，通过如下简化流程既脱除燃煤尾气中的SO₂，又制得电池材料MnO₂(反应条件已省略)。

请回答下列问题：
（1）上述流程中多次涉及到过滤操作，下图表示的过滤操作中的一处错误是_______；过滤后的沉淀需要洗涤，则实验室进行沉淀洗涤的操作是                 。

（2）用MnCO₃能除去溶液中的Al^3＋和Fe^3＋，检验滤液中不存在Fe^3＋的实验操作是_____________。
（3）已知K_sp(CuS)＝8.4×10^－45，K_sp(NiS)＝1.4×10^－24；在除铜镍的过程中，当Ni^2＋恰好完全沉淀 (此时溶液中c(Ni^2＋)＝1.0×10^－5mol/L)，溶液中Cu^2＋的浓度是      mol/L。
（4）工业上采用电解K₂MnO₄水溶液的方法来生产KMnO₄，其中隋性电极作阳极，铁作阴极，请写出阴极的电极反应式                                   。
（5）下列各组试剂中，不能准确测定一定体积燃煤尾气中SO₂含量的是__________。(填编号)
a.NaOH溶液、酚酞试液            b.稀H₂SO₄酸化的KMnO₄溶液
c.碘水、淀粉溶液                 d.氨水、酚酞试液
（6）除杂后得到的MnSO₄溶液可以通过             (填操作名称)。高锰酸钾与硫酸锰反应制备MnO₂的离子方程式为_____________。

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

实验室用铜制取硫酸铜，将适量硝酸分多次加入到铜粉与稀硫酸的混合物中，加热使之反应完全，通过蒸发、结晶得到硫酸铜晶体。
(1)为了节约原料，硫酸和硝酸的最佳物质的量之比为________ ；为了吸收该反应中产生的尾气，可选择的最佳装置是________(填序号)。

(2)为符合绿色化学的要求，某研究性学习小组进行如下设计。
方案1：以空气为氧化剂。将铜粉在仪器N中反复灼烧，使铜与空气充分反应生成氧化铜，再使氧化铜与稀硫酸反应。
方案2：将空气或氧气直接通入到铜粉与烯硫酸的混合物中，发现在常温下几乎不反应。向反应液中加少量FeSO₄，再通入空气或氧气，即发生反应，生成硫酸铜。反应完全后，加入物质甲调节pH，铁元素全部转化为Fe(OH)₃沉淀(一般当铁离子的浓度下降到10^－5mol·L^－1时，就认为沉淀完全)，然后过滤、浓缩、结晶。
(已知：常温下，K_sp[Cu(OH)₂]＝10^－22，K_sp[Fe(OH)₃]＝10^－38)
请回答下列问题：
①方案1中仪器N的名称是________。
②方案2中为了使铁元素全部沉淀，应调节pH至少为________。
③方案2中甲物质可选用________(填序号)。

A．CaO

B．NaOH

C．CuCO3

D．Cu2(OH)2CO3 E．Fe2(SO4)3

④方案2反应中加入少量FeSO₄可加速铜的氧化，用离子方程式解释其原因：___________________________________________。

高纯度镍是许多有机反应的催化剂。某化学课题组拟以电镀废液（含有NiSO₄、CuSO₄和FeSO₄）为原料，设计提取高纯镍的简单工艺如下（阴离子省略）：

难溶电解质	NiS	CuS	Cu(OH)2	Ni(OH)2	Fe(OH)3
Ksp或沉淀完全的pH	1.1×10^－21	1.3×10^－36	pH=9	pH=9.5	pH=3.7

注：Ni(OH)₂开始沉淀时的pH=7。
（1）加入新制氯水所发生反应的离子方程式为                 。
（2）加入NiCO₃的目的是                 。
（3）在实验室中灼烧所使用的仪器有                 。
（4）由氧化镍制备高纯度镍，有两种方案：
方案1：氧化镍溶于稀硫酸，加入足量锌粉，过滤、洗涤、干燥。
方案2：锌与稀硫酸反应产生氢气，氢气还原氧化镍。
制备等质量的镍粉，从消耗原料量、产品纯度、实验安全等角度评价两种方案的优点。
方案1：                                   。
方案2：                                   。
（5）方案2所用的氢气可以选用下列装置中的           来制取（填写字母，下同），收集氢气可选用装置               。

（6）若将D装置和E装置相连制取并收集干燥纯净的X气体，则X气体可以是下列气体中的                     。装置D中导管a的作用是          。
a．CO₂       b．Cl₂        c．NO      d．SO₂

(14分)铝热反应是铝的一个重要性质。某校化学兴趣小组同学，取磁性氧化铁在如图实验装置进行铝热反应，冷却后得到“铁块”混合物。

（1）取反应后的“铁块”研碎取样称量，加入如图装置滴入足量NaOH溶液充分反应，测量生成气体体积。试回答下列问题：

①该实验的实验目的是：测量样品中    的百分含量(填物质名称)。
②量气管的量具部分是一个中学实验常见量具改装而成，该仪器的名称为             。
③量气管在读数时调节左右管液面相平之前的步骤是________ _。
④装置中使用带平衡管的滴液漏斗代替普通分液漏斗，除了可以平衡压强让液体顺利滴入锥形瓶之外还可以起到降低实验误差的作用。如果装置使用分液漏斗，测量出的该物质百分含量将会     (填“偏大”或“偏小”)。
（2）另称取“铁块”样品溶于盐酸，向其中滴加KSCN溶液，溶液没有出现血红色。为测定该实验所得 “铁块”的成分，实验流程如图所示。

几种氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表所示。

	Fe^2^＋	Fe^3^＋	Al^3^＋	Mg^2^＋
开始沉淀时的pH	7.5	2.8	4.2	9.6
沉淀完全时的pH	9.0	4.0	5	11

①试剂A应选择    ，试剂B应选择   。(填序号)
A．稀盐酸 
B．氧化铁 
C．H₂O₂溶液 
D．氨水 
E．MgCO₃固体
②灼烧完全的标志是                          。
③若最终红色粉未M的质量为12.0 g，则该“铁块”中铁的百分含量是          。

Ba(NO₃)₂可用于生产绿色烟花、绿色信号弹、炸药等。某生产BaCO₃、BaSO₄的化工厂生产中排出大量的钡泥[主要含有BaCO₃、BaSO₃、Ba(FeO₂)₂等]，该厂利用钡泥制取Ba(NO₃)₂晶体（不含结晶水），其部分工艺流程如下：

已知： ①Fe³⁺和Fe²⁺以氢氧化物形式沉淀完全时，溶液的pH分别为3.2和9.7；
②K_sp(BaSO₄)=1.1×10^－10，K_sp(BaCO₃)=5.1×10^－9。  
（1）该厂生产的BaCO₃因含有少量BaSO₄而不纯，提纯的方法是：将产品加入足量的饱和Na₂CO₃溶液中，充分搅拌，过滤，洗涤。用离子方程式说明提纯原理：         。
（2）酸溶时，Ba(FeO₂)₂与HNO₃反应生成两种硝酸盐，化学方程式为             。
（3）该厂结合本厂实际，选用的X为     （填序号），中和I使溶液中的      （填离子符号）的浓度减小。

A．BaCl2

B．Ba(OH)2

C．Ba(NO3)2

D．BaCO3

（4）最后的废渣中除原有的难溶性杂质外还含有               （填化学式）。
（5）测定所得Ba(NO₃)₂晶体的纯度：准确称取m₁g晶体溶于蒸馏水，加入足量的硫酸，充分反应后，过滤、洗涤、干燥，称量其质量为m₂g，则该晶体纯度的计算表达式为        。（已知Ba(NO₃)₂、BaSO₄的式量分别为261、233）