高中化学物质检验实验方案的设计试题

某无色透明溶液可能含有下列离子K^＋、Al^3＋、Fe^3＋、Ba^2＋、NO₃^—、SO₄^2—、HCO₃^—、Cl^－等，取该溶液进行如下实验：
①用蓝色石蕊试纸检测该溶液，试纸显红色；
②取溶液少许，加入铜片和稀硫酸共热，产生无色气体，该气体遇到空气立即变为红棕色；
③取溶液少许，加入氨水有白色沉淀生成，继续加入过量氨水，沉淀不消失；
④取溶液少许，滴入氯化钡溶液产生白色沉淀；
⑤取实验④后的澄清溶液，滴入硝酸银溶液产生白色沉淀，再加入过量的稀硝酸，沉淀不消失。
请回答下列问题：
(1)在实验①中，下图所示的操作中正确的是____            ____(填代号)。

(2)根据上述实验判断原溶液中肯定存在的离子是___         _____，
肯定不存在的离子是___         _____。
(3)写出②实验中产生无色气体的离子方程式：
________________________________________________________________________。
（4）写出③实验中的有关离子方程式：
________________________________________________________________________。

目前世界各国获得镁的主要来源从海水中提取，以下是提取镁的过程中涉及到的几种物质常温下的溶度积常数，根据你所学的知识回答下面的几个问题：

物质	CaCO3	MgCO3	Ca(OH)2	Mg(OH)2
溶度积	2.8×10^-9	6.8×10^-6	5.5×10^-6	1.8×10^-11

(1)在从海水中提取镁时，往往用到贝壳（主要成分是CaCO₃），你认为        (填“能”或“不能”)通过将贝壳研磨成粉末直接投入海水里制备含镁的沉淀，理由是                                。如果不能直接投入，应将贝壳作何处理，试写出化学方程式：                          。（若第一个空格填“能”，此空格不填；若填“不能”， 此空格只须第一步处理的化学反应方程式。）
（2）已知某地海水中的镁离子的浓度为1.8×10^-3 mol·L^-1,则常温下要使镁离子产生沉淀，溶液pH最低应为        。
（3）实验室中常用CaCO₃制CO₂，其产物之一的氯化钙是应用广泛的化学试剂，可作干燥剂、冷冻剂等。为了测定某氯化钙样品中钙元素的含量，进行如下实验：
（I）准确称取氯化钙样品0.2000g，放入烧杯中，加入适量6mol/L的盐酸和适量蒸馏水使样品完全溶解，再加入35mL 0.25mol/L （NH₄）₂C₂O₄溶液，水浴加热，逐渐生成CaC₂O₄沉淀，经检验，Ca²⁺已沉淀完全。
（II）过滤并洗涤（I）所得沉淀。
（III）加入足量的10% H₂SO₄溶液和适量的蒸馏水，（II）中沉淀完全溶解，溶液呈酸性，加热至75℃，趁热逐滴加入0.05000 mol/L KMnO₄溶液16.00mL，恰好完全反应。请回答：
已知滴定过程发生的反应为2MnO₄^- + 5H₂C₂O₄ + 6H⁺ ="=2" Mn²⁺ +10 CO₂↑+8 H₂O（已配平）
①0.05000 mol/L KMnO₄溶液标准溶液应置于         （选填“酸式”或“碱式”）滴定管中。
②滴定终点的现象为                                 。
③该氯化钙样品中钙元素的质量百分数为            。

化学实验室通常用粗锌和稀硫酸反应制氢气，因此在制氢废液中含有大量的硫酸锌。同时，由于粗锌中还含有铁等杂质，使得溶液中混有一定量的硫酸亚铁，为了充分利用制氢废液，常用其制备皓矾（ZnSO₄·7H₂O）。某校化学兴趣小组的同学以制氢气的废液为原料来制取皓矾并探究其性质。
(l）制备皓矾的实验流程如下图所示。
已知：下列氢氧化物开始生成沉淀到沉淀完全的pH范围分别为：

	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2.7	3.7
Fe(OH)2	7.6	9.6
Zn(OH)2	5.7	8.0

回答下列问题：
可供选择使用的有：氯水、20％的H₂O₂、氨水、NaOH溶液、Zn(OH)₂、ZnO
① 加入的试剂①，应选用        ，作用：                                。
② 加入的试剂②调节pH，可选用          或         ，用离子方程式表示其原理
                                                                 。
③有同学提出，应将晶体1加入稀硫酸中溶解，原因是                  。
④在得到皓矾时，向晶体中加入少量酒精洗涤而不用水的原因是                   。
(2）检验皓矾中是否含有Fe元素的操作（试剂自选）                        。

有A、B、C、D、E和F六瓶无色溶液，他们都是中学化学中常用的无机试剂。纯E为无色油状液体；B、C、D和F是盐溶液，且它们的阴离子均不同。现进行如下实验：
①A有刺激性气味，用蘸有浓盐酸的玻璃棒接近A时产生白色烟雾；
②将A分别加入其他五种溶液中，只有D、F中有沉淀产生；继续加入过量A时，D中沉淀无变化；F中沉淀完全溶解；
③将B分别加入C、D、E、F中，C、D、F中产生沉淀，E中有无色、无味气体逸出；
④将C分别加入D、E、F中，均有沉淀生成，再加入稀HNO₃，沉淀均不溶。
根据上述实验信息，请回答下列问题：
(1)能确定的溶液是(写出溶液标号与相应溶质的化学式)：
_________________________________________________________________；
(2)不能确定的溶液，写出其标号、溶质可能的化学式及进一步鉴别的方法：_________________________________________________________________。

(6分)已知A、B、C、D分别是AlCl₃、BaCl₂、FeSO₄、NaOH四种化合物中的一种，它们的水溶液之间的一些反应现象如下：
① A + B→白色沉淀，加入稀硝酸，沉淀不溶解
② B + D→白色沉淀，在空气中放置，沉淀由白色转化为红褐色
③ C + D→白色沉淀，继续加入D溶液，白色沉淀逐渐消失
⑴试推断A        B           C           D         （化学式）。
⑵写出下列反应的化学方程式或离子方程式：
①实验②中沉淀由白色转化为红褐色的化学方程式                             ，
②C溶液与D溶液反应后生成的白色沉淀溶解于D溶液中的离子方程式                     。

实验探究和推理都是科学研究的基本方法,请你对以下实验进行探究和推理
Ⅰ、有一瓶澄清的溶液，其中可能含有H⁺、NH₄^＋、K^＋、Na^＋、Mg^2＋、Ba^2＋、Fe^3＋、SO₄^2―、CO₃^2―、Cl^―和I^―。取该溶液进行了以下实验：
（1）用pH试纸检验，表明溶液呈强酸性；
（2）取部分溶液，加入CCl₄及数滴氯水，经振荡后CCl₄层呈紫红色；
（3）另取部分溶液，加入稀NaOH 溶液使其变为碱性，溶液中无沉淀生成；
（4）取部分上述碱性溶液，加Na₂CO₃溶液有白色沉淀生成；
（5）将（3）得到的碱性溶液加热，有气体放出，该气体能使润湿的红色石蕊试纸变蓝；
根据上述实验事实，你可知道该溶液中肯定含有的离子是①              ；肯定不存在的离子是②                       ；还不能确定是否存在的离子是③                  。
Ⅱ、兴趣小组通过实验探究溶解铜的方法和本质。
（1）在热水浴中进行3个实验，部分实验报告如下表所示。

序号	实验操作	实验现象
I	稀硫酸中加入铜片	无明显变化
II	硝酸钠溶液中加入铜片	无明显变化
III	稀硫酸中加入硝酸钠溶液	无明显变化
再加入铜片	有无色气泡；溶液变蓝

 
① 实验I、II的目的是           。
② 实验III中反应的本质是（用离子方程式表示）           。

某课外研究小组，用含有较多杂质的铜（主要杂质为Fe），通过下列化学反应制取胆矾。请回答相关问题：

pH控制可参考下列数据：

物 质	开始沉淀时的pH	完全沉淀时的pH
氢氧化铁	2.7	3.7
氢氧化亚铁	7.6	9.6
氢氧化铜	5.2	6.4

（1）试剂A可以选用                (填字母)
a. H₂O₂            b.氯水              c.酸性高锰酸钾
（2）Cu(OH)₂的作用是                ，还可以用            （填一种试剂）代替；
（3）操作2包含3个基本实验操作，依次为         、         和过滤；
（4）某兴趣小组在对实验得到的胆矾进行结晶水实验的测定，小组成员经过讨论，采用以下方案：先对一定质量的胆矾灼烧失水，将加热后的固体放在干燥器中冷却，再测定出剩余固体的质量，然后根据固体质量变化计算水的质量，从而求算胆矾中的结晶水。
①加热所用到的仪器除了酒精灯、三角架之外还有                       。
②如果实验过程中测得的结晶水含量偏高，可能的原因有              （写出一种可能，忽律操作引起的误差）

某强酸性溶液X含有Ba²⁺、Al³⁺、NH₄⁺、Fe^2＋、Fe³⁺、CO₃^2-、SO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-中的一种或几种，取该溶液进行连续实验，实验内容如下：

根据以上信息，回答下列问题：
（1）上述离子中，溶液X中除H^＋外还肯定含有的离子是____________________，不能确定是否含有的离子(Q)是___________，若要确定该Q(若不止一种，可任选一种)不存在，最可靠的化学方法是_______________________。
（2）沉淀G的化学式为_____________。
(3)写出有关离子方程式：
①中生成A_______________________________________。
②_______________________________________________。
（4）假设测定A、F、I均为0.01mol，10mL X溶液中n(H^＋)＝0.04mol，当沉淀C物质的量___________，表明Q离子一定是________________

为探究Fe(NO₃)₂等硝酸盐热分解产物和产物的性质，某化学小组开展如下探究性学习：
【查阅资料】金属活泼性不同，其硝酸盐分解产物不同
（1）K→Na活泼金属的硝酸盐分解生成亚硝酸盐和氧气；
（2）Mg→Cu等较活泼金属的硝酸盐分解生成氧化物、NO₂和O₂；
（3）Hg以后不活泼金属的硝酸盐分解生成金属、NO₂和O₂。
2KNO₃2KNO₂↑+O₂↑  2Cu(NO₃)₂2CuO+4NO₂↑+O₂↑ 
2AgNO₃2Ag+2NO₂↑+O₂↑
【实验一】探究Fe(NO₃)₂热分解固体产物中Fe元素的价态。该小组甲同学将其溶于足量的稀H₂SO₄得到相应两份溶液，进行以下探究实验。
【提出猜想】
猜想一：Fe元素只显+2价；
猜想二：Fe元素只显______价；
猜想三：Fe元素_________。
【实验操作】①向一份溶液中滴入KSCN溶液；②稀酸性KMnO₄溶液中滴入另一份溶液。
【实验现象】实验①                ；实验②                 。
【实验结论】猜想二成立，则Fe(NO₃)₂分解的化学方程式是                       。
【实验二】探究Fe(NO₃)₂热分解气体产物的性质。小组乙、丙同学进行了如下图所示的实验（收集时操作恰当，几乎没有空气）

实验步骤：①连接仪器；②检查装置气密性；③取一定质量Fe(NO₃)₂装于大试管，并重新连接好仪器；④加热；⑤……
（1）乙同学使用A装置收集气体，恰好收集到27mL红棕色气体，要从水槽中取出量筒，乙同学的正确操作方法是                             。
（2）乙同学用带火星木条检验量筒内气体时，发现木条燃烧，下列判断中正确的是        。
a．气体中只有NO₂                    b．气体是O₂、NO₂的混合物
c．支持燃烧的气体只有O₂                       d．NO₂支持燃烧
（3）丙同学取等质量的Fe(NO₃)₂使用B装置收集气体，可收集到     mL气体。
【实验三】探究固体混合物的成分。小组丁同学取KNO₃、Cu(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂的混合粉末充分加热后用排水法未收集到任何气体，则KNO₃、Cu(NO₃)₂、Fe(NO₃)₂的物质的量之比可能是                   （    ）

A．1:2:2

B．2:1:3

C．1:2:3

D．3:8:6

镍电池广泛应用于混合动力汽车系统，电极材料由Ni(OH)₂、碳粉、氧化铁等涂覆在铝箔上制成。由于电池使用后电极材料对环境有危害。某兴趣小组对该电池电极材料进行资源回收研究，设计实验流程如下：

已知：①NiCl₂易溶于水，Fe^3＋不能氧化Ni^2＋。
②已知实验温度时的溶解度：NiC₂O₄＞NiC₂O₄·H₂O＞NiC₂O₄·2H₂O
③某温度下一些金属氢氧化物的K_sp及沉淀析出的理论pH如下表所示：

M(OH)n	Ksp	开始沉淀pH	沉淀完全pH
Al(OH)3	1.9×10^－23	3.4	4.2
Fe(OH)3	3.8×10^－38	2.5	2.9
Ni(OH)2	1.6×10^－14	7.6	9.8

回答下列问题：
(1) 用NiO调节溶液的pH，依次析出沉淀Ⅰ________和沉淀Ⅱ__________(填化学式)。
(2) 写出加入Na₂C₂O₄溶液的反应的化学方程式：
                                                                         。
(3) 检验电解滤液时阳极产生的气体的方法：
                                                                          
                                                                          。
(4) 写出“氧化”反应的离子方程式：  
                                                                           。
(5) 如何检验Ni(OH)3已洗涤干净？
                                                                            
                                                                             。

(11分)学校化学研究小组对某溶液进行检测分析，该无色溶液中可能含有NH₄⁺、K⁺、Al³⁺、HCO₃^—、Cl^—、MnO₄^—、SO₄^2-等离子中的几种离子。
①经实验可知溶液明显呈酸性。
②取10mL该溶液于试管中滴加Ba(NO₃)₂溶液，加稀硝酸酸化后过滤得到0.03mol白色沉淀甲，向滤液中加入AgNO₃溶液未见沉淀产生。
③另取少量该溶液于试管中，滴加NaOH溶液产生白色沉淀乙，当沉淀增加到一定量后开始产生气体丙，最后沉淀完全溶解。
（1）写出气体丙的电子式___________________。
（2）该溶液中一定不含有：___________________（填离子的化学式）离子，一定含有的离子有___________（填离子的化学式）。
（3）在这些不存在的离子中，有一种离子在酸性环境中与SO₂反应，试写出该反应的离子方程式：________________________。
（4）请设计实验方案，检验该试液中是否存在可能含有的离子____________________。
（5）为确定上述溶液中所含的各种离子的物质的量，取100mL上述溶液并向其中加入Na₂O₂固体，产生的沉淀和气体与所加Na₂O₂固体物质的量的关系曲线如图Ⅰ：该溶液中可能存在的离子的物质的量为________mol。

Na₂O₂是常见的氧化剂。某化学小组的同学欲通过以下实验确定炭粉与Na₂O₂反应的产物。
[实验步骤]
I．按下图所示装置组装仪器，并检查装置气密性。
Ⅱ．将0.6 g炭粉与3.9 g Na₂O₂均匀混合，装入试管，在靠近试管口处放置一张湿润的氯化钯试纸（湿润氯化钯试纸遇CO变黑，可用于检验是否有CO生成）。
Ⅲ. 用酒精灯微微加热试管底部。
 
[实验现象]
试管中发生剧烈反应并产生火花，氯化钯试纸未变黑，石灰水未变浑浊。
请回答：
（1）如何检查装置气密性____________________________________________________。
（2）装置B的作用是               。
（3）通过探究发现，装置A中发生的反应为2Na₂O₂+CNa₂CO₃ +X，X的电子式是               。
（4）CO在潮湿环境中可将氯化钯还原为黑色粉末状的钯（Pd），同时生成另外两种物质。已知反应过程中转移6．02×l0²³个电子时，生成53 g Pd （已知Pd的相对原子质量为106），该反应的化学方程式为     _________________________________。
（5）将装置A中充分反应后所得产物溶于适量水中。
①所得溶液的溶质是          （填化学式）。
②溶液中下列关系正确的是          （填字母序号）。

③若使所得溶液与100 mL稀盐酸恰好完全反应至溶液pH =7(不考虑CO₂的溶解)，该盐酸的物质的量浓度为    。

已知某工业废水中含有大量FeSO₄，较多的Cu²⁺，少量的Na⁺ 以及部分污泥，通过下列流程可从该废水中回收FeSO₄·7H₂O晶体及金属Cu。

Y溶液

（1）步骤 1的主要操作是         ，需用到的玻璃仪器有        , _______、         。
（2）步骤2中发生反应的离子方程式为                               
（3）步骤3中加入的Y溶液是             （填化学式）
（4）步骤4中涉及的操作是：蒸发浓缩．              ．过滤．洗涤．烘干。
（5）实验室要配制100mL1.0mol·L^－1 FeSO₄溶液，经计算，应该用托盘天平称取FeSO₄·7H₂O固体         g。