高中化学物质检验实验方案的设计填空题

(14分，每空2分))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，Fe³⁺不能氧化Ni²⁺。
②已知实验温度时的溶解度：NiC₂O₄> NiC₂O₄·H₂O > NiC₂O₄·2H₂O
③K_sp[Ni(OH)₂]=5．0×10^-16， K_sp（NiC₂O₄）=5．0×10^-10；
回答下列问题：
（1）酸溶后所留残渣的主要成分为      (填物质名称)。
（2）用NiO调节溶液的pH，析出沉淀的成分为      (填化学式)。
（3）写出加入Na₂C₂O₄溶液后反应的化学方程式：       。
（4）写出加入NaOH溶液所发生反应的离子方程式：      。
（5）电解过程中阴极反应式    ，沉淀Ⅲ可被电解所得产物之一氧化，写出氧化反应的离子方程式    。
（6）铁镍蓄电池，放电时总反应为：
Fe+Ni₂O₃+3H₂O=Fe(OH)₂+2Ni(OH)₂，下列有关该电池的说法不正确的是

A．电池的电解液为碱性溶液，正极为Ni2O3､负极为Fe

B．电池放电时，负极反应为Fe+2OH^--2e^-=Fe(OH)2

C．电池充电过程中，阴极附近溶液的pH降低

D．电池充电时，阳极反应为2Ni(OH)2+2OH^--2e-=Ni2O3+3H2O

(12分)锂/磷酸氧铜电池是一种以磷酸氧铜作为正极材料的锂离子电池，其正极的活性物质是Cu₄O(PO₄)₂，制备流程如下：

主要反应原理：2Na₃PO₄＋4CuSO₄＋2NH₃·H₂O===Cu₄O(PO₄)₂↓＋3Na₂SO₄＋(NH₄)₂SO₄＋H₂O
（1）实验室进行“过滤”操作使用的玻璃仪器主要有________。
（2）流程中“洗涤Ⅰ”后，检验沉淀已洗涤干净的方法是____________________。
（3）该电池放电时，负极锂转化为Li₂O，正极磷酸氧铜转变为Cu和Li₃PO₄，写出该电池放电时的化学方程式____________________。
（4）准确称取上述流程所得的样品38.56 g[假定样品中只含Cu₄O(PO₄)₂和CuO两种物质]，使其完全溶于一定量的硝酸中，再加入氢氧化钠溶液，使铜完全沉淀，将沉淀灼烧使其转变为黑色氧化铜，最终称得残留固体质量为27.20 g。计算所得样品中磷酸氧铜的质量分数。(写出计算过程)

亚氯酸钠(NaClO₂)常用于水的消毒和砂糖、油脂的漂白与杀菌。以下是用过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

己知：①NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出ANClO₂.3H₂O
②
（1）吸收塔内发生反应的离子方程式为________。该工艺流程中的NaClO₃、ClO₂、NaClO₂都是强氧化剂，它们都能和浓盐酸反应制取Cl₂若用二氧化氯和浓盐酸反应制取Cl₂，当生成5molCl₂时，通过还原反应制得氯气的质量为________g。
（2）从滤液中得到NaClO₂.3H₂O晶体的所需操作依次是________（填写序号）。
a．蒸馏   
b．灼烧   
c．过滤   
d．冷却结晶   
e．加热蒸发
（3）印染工业常用亚氯酸钠(NaClO₂)漂白织物，漂白织物时真正起作用的是HClO₂。下表是25℃时HClO₂及几种常见弱酸的电离平衡常数：

①常温下，物质的量浓度相等的NaClO₂、NaF、NaCN、Na₂S四种溶液的pH由大到小的顺序为_________（用化学式表示）；
体积相等，物质的量浓度相同的NaF、NaCN两溶液中所含阴阳离子总数的大小关系为：________（填“前者大”“相等”或“后者大”）。
②是常用的沉淀剂。某工业污水中含有等浓度的Cu^2＋ 、Fe^2＋ 、Pb^2＋离子，滴加Na₂S 溶液后首先析出的沉淀是________；当最后一种离子沉淀完全时（该离子浓度为l0 mol/L），此时体系中的S^2－的浓度为____________.

某工厂废弃的钒渣中主要含V₂O₅、VOSO₄、K₂SO₄、SiO₂等，现从该钒渣回收V₂O₅的工艺流程示意图如下：

（已知：沉淀为(NH₄)₂V₆O₁₆，全钒液流储能电池是利用不同价态离子对氧化还原反应来实现化学能和电能相互转化的装置，②、③的变化过程可简化为（下式R表示VO²⁺，HA表示有机萃取剂）。
R₂(SO₄)_n(水层)+2nHA(有机层)2RAn(有机层) + nH₂SO₄(水层)
回答下列问题：
（1）(NH₄)₂V₆O₁₆中钒（V）的化合价为          ，①中产生的废渣的主要成分是         。
（2）工艺中反萃取所用的X试剂为          。
（3）为提高②中萃取效率，应采取的措施是                        。
（4）请完成④中的反应离子方程式：

（5）成品V₂O₅可通过铝热反应来制取金属钒，写出该反应的化学方程式：               。
（6）将两个全钒液流储能电池串联后作为电源，用石墨作电极电解饱和氯化钠溶液，通电时，为使Cl₂被完全吸收，制得有较强杀菌能力的消毒液，装置如下：

b为电解池的      极，全钒液流储能电池正极的电极反应式为                    ；
若通过消毒液发生器的电子为0.2 mol，则消毒液发生器中理论上最多能产生   gNaClO。

平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质）。某课题以此粉末为原料，设计如下工艺流程对资源进行回收，得到Ce(OH)₄和硫酸铁铵：

已知：
①酸性条件下，铈在水溶液中有、两种主要存在形式，易水解，有较强氧化性。
②CeO₂不溶于稀硫酸
③硫酸铁铵［aFe₂(SO₄) ₃•b(NH₄) ₂SO₄•cH₂O］广泛用于水的净化处理。
（1）在氧化环节，下列物质中最适合用作氧化剂B的是          (填序号)。
a．NaClO          b．H₂O₂           c．KMnO₄
（2）操作Ⅰ的名称是         ，检验硫酸铁铵溶液中含有NH₄⁺的方法是       。
（3）写出反应②的化学方程式            。
（4）用滴定法测定制得的Ce(OH)₄产品纯度。

所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进进行滴定，则测得该Ce(OH)₄产品的质量分数         。（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）
（5）称取14.00g硫酸铁铵样品，将其溶于水配制成100mL溶液，分成两等份，向其中一份加入足量NaOH溶液，过滤洗涤沉淀并烘干灼烧至恒重得到1.60g固体；向另一份溶液中加入0.5mol/L Ba(NO₃)₂溶液100mL，恰好完全反应。通过计算，该硫酸铁铵的化学式为           （写出必要的计算步骤，否则不得分）。

粗铜中含有少量的锌、铁、银、金等金属。某化学兴趣小组以硫酸铜为电解液电解精炼铜之后，将电解液过滤得到滤液A和阳极泥。该小组同学设计如下实验方案测定滤液A中Fe²⁺、Cu²⁺的浓度。

已知：Zn(OH)₂可与NaOH反应生成溶于水的Na₂ZnO₂。
试回答下列问题：
（1）步骤2中涉及的操作是________、洗涤、晾干、称量；步骤4的操作依次是洗涤、灼烧、冷却、称量，在灼烧时，除需要三脚架外，还需要用到的实验仪器是____________（从下列仪器中选出所需的仪器，用标号字母填写在空白处）。

A．烧杯

B．坩埚

C．表面皿

D．泥三角

E.酒精灯     
F.干燥器
（2）写出滤液B中加入H₂O₂发生反应的离子方程式_________________________________
（3）滤液A中c（Cu²⁺）=_______mol•L^-1，c（Fe²⁺）=_______mol•L^-1；若步骤4的操作中“灼烧”不够充分，则滤液A中c（Fe²⁺）_____________（填偏大“偏大”、“偏小”或“无影响”）。

【选修2—化学与技术】实验室从含碘废液（除H₂O外，含有CCl₄、I₂、I^－等）中回收碘，其实验过程如下：

（1）向含碘废液中加入稍过量的Na₂SO₃溶液，将废液中的I₂还原为I^－，其离子方程式为               ；该操作将I₂还原为I^－的目的是               。
（2）操作X的名称为           。
（3）氧化时，在三颈瓶中将含I^－的水溶液用盐酸调至pH约为2，缓慢通入Cl₂，在40⁰C左右反应（实验装置如图所示）。实验控制在较低温度下进行的原因是          ；锥形瓶里盛放的溶液为           。

（4）利用下图所示装置（电极均为惰性电极）也可吸收SO₂，并用阴极排出的溶液吸收NO₂。

①阳极的电极反应式为     。
②在碱性条件下，用阴极排出的溶液吸收NO₂，使其转化为无害气体，同时有SO₃^2－生成。该反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为     。

（本题共15分）
氯酸镁[Mg(ClO₃)₂]常用作催熟剂、除草剂等，实验室制备少量Mg(ClO₃)₂·6H₂O的流程如下：

已知：①卤块主要成分为MgCl₂·6H₂O，含有MgSO₄、FeCl₂等杂质。
②Mg(ClO₃)₂、NaClO₃ 、MgCl₂ 、NaCl 四种
化合物的溶解度(S)随温度(T)变化曲线如图所示。

（1）加速卤块在KMnO₄溶液中溶解的措施有：                         （写出一点即可）。
（2）加入MgO的作用是                 ；过滤后所得滤渣的主要成分为                  。
（3）加入NaClO₃饱和溶液后发生反应的化学方程式为                ，再进一步制  Mg(ClO₃)₂·6H₂O晶体的实验步骤依次为：①加热蒸发；②     ；③     ；④过滤洗涤。
产品中Mg(ClO₃)₂·6H₂O含量的测定：
步骤1：准确称量3.0 g产品配成100 mL溶液。
步骤2：取10.00 mL试液于锥形瓶中，加入10.00 mL稀硫酸和20 .00mL 1.000 mol/L的FeSO₄溶液，微热，将Fe^2＋氧化成Fe^3＋。
步骤3：冷却至室温，用0.100 mol/L K₂Cr₂O₇ 溶液滴定剩余的Fe^2＋至终点。
此过程中反应的离子方程式为：Cr₂O₇^2－＋6Fe^2＋＋14H^＋→2Cr^3＋＋6Fe^3＋＋7H₂O。
步骤4：将步骤2、3重复两次
（4）①写出步骤2中发生反应的离子方程式：                                   ；
②步骤3中若滴定前不用标准液润洗滴定管，将会导致最终结果    （填“偏大”、 “偏小”或“不变”）；
（5）若平均消耗K₂Cr₂O₇   溶液15.00 mL，则产品中Mg(ClO₃)₂·6H₂O的质量分数为        。

ZnO是电镀、涂料、有机合成等化学工业的重要原料。某课题组设计由含锌工业废料（含Fe、Cu、Mn等杂质）生产ZnO的工艺流程如下：

已知：黄钠铁矾在pH为1.5，温度为90℃时完全沉淀，且易于过滤。
2Cu +O₂ +2H₂SO₄ == 2CuSO₄+2H₂O
（1）步骤①的浸取液里除含有Zn²⁺、Mn²⁺以外，还含有的金属离子有     、     ，所加试剂X为Na₂SO₄和_________的混合液。
（2）步骤②可进一步氧化除铁，还氧化除去了Mn²⁺，试写出相应的除去Mn²⁺的离子方程式_________________________，步骤③加入的试剂是_______，整个工艺流程中可以循环使用的试剂是_____________。
（3）步骤⑤中检验沉淀是否洗涤干净的操作方法是____________________________。
（4）步骤④碳化实际得到的是一种碱式碳酸锌[ZnCO₃·xZn(OH)₂·yH₂O]，取该样品7.18 g，充分灼烧后测得残留物质量为4.86 g，将所得气体通入足量澄清石灰水中，得到2.00 g沉淀，则此碱式碳酸锌的化学式是________________。

选考【化学---选修2：化学与技术】
MgSO₄·7H₂O在印染、造纸和医药等工业上都有广泛的应用，利用化工厂生产硼砂的废渣－一硼镁泥可制取七水硫酸镁。硼镁泥的主要成分是MgCO₃，还含有其他杂质（MgO、SiO₂、Fe₂O₃、FeO、CaO、Al₂O₃、MnO等）。
表1 部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH

沉淀物	Al（OH）3	Fe（OH）3	Fe（OH）2	Mn（OH）2	Mg（OH）2
pH值	5.2	3.2	9.7	10.4	11.2

表2 两种盐的溶解度（单位为g／100g水）

温度/ ℃	10	30	40	50	60
CaSO4	0.19	0.21	0.21	0.20	0.19
MgSO4·7H2O	30.9	35.5	40.8	45.6	/

硼镁泥制取七水硫酸镁的工艺流程如下：

根据以上流程图并参考表格pH数据和溶解度数据，试回答下列问题：
（1）沉淀C的化学式是     
（2）过滤Ⅲ需趁热过滤的理由是     
（3）操作Ⅰ和操作Ⅱ的名称分别为       、       
（4）滤液I中加入硼镁泥，调节溶液的pH＝5～6，可除去滤液Ⅰ中   （填离子符号）；加入NaClO溶液加热煮沸，可将Fe²⁺氧化成Fe³⁺的同时，还会将溶液中的Mn²⁺氧化成MnO₂，写出Mn²⁺被氧化成MnO₂的离子反应方程式为                 
（5）硼镁泥是硼镁矿生产硼砂(Na₂B₄O₇·10H₂O)时的废渣。将硼镁矿(Mg₂B₂O₅·H₂O)煅烧、粉碎后加水和纯碱，在加热加压下通入CO₂可得硼砂。此反应为熵减小反应，试写出反应方程式              

制烧碱所用盐水需两次精制。第一次精制主要是用沉淀法除去粗盐水中Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2－等离子，过程如下：
Ⅰ.向粗盐水中加入过量BaCl₂溶液，过滤；
Ⅱ.向所得滤液中加入过量Na₂CO₃溶液，过滤；
Ⅲ.滤液用盐酸调节pH，获得第一次精制盐水。
（1）过程Ⅰ除去的离子是______。
（2）过程Ⅰ、Ⅱ生成的部分沉淀及其溶解度（20℃/g）如下表，请依据表中数据解释下列问题：

CaSO4	Mg2(OH)2CO3	CaCO3	BaSO4	BaCO3
2.6×10^-2	2.5×10^-4	7.8×10^-4	2.4×10^-4	1.7×10^-3

①过程Ⅰ选用BaCl₂而不选用CaCl₂的原因为___________________________________。
②过程II之后检测Ca²⁺、Mg²⁺及过量Ba²⁺是否除尽时，只需检测Ba²⁺即可，原因是____________。
（3）第二次精制要除去微量的I^－、IO₃^－、NH₄⁺、Ca²⁺、Mg²⁺，流程示意如下：

①过程Ⅳ除去的离子有______、_______。
②盐水b中含有SO₄^2－。Na₂S₂O₃将IO₃^－还原为I₂的离子方程式是___________________________。
③过程VI中，产品NaOH在电解槽的______区生成(填“阳极”或“阴极”)，该电解槽为______离子交换膜电解槽(填“阳”或“阴”)。

硼及其化合物在工业生产中应用广泛。用硼镁矿（主要成分Mg₂B₂O₅.H₂O）采用碳铵法生产硼酸主要流程如下：

（1）硼镁矿焙烧时需要粉碎，其目的是        。硼镁矿焙烧过程中只生成两种物质，写出化学方程式                    。
（2）硼酸溶解度如下所示，从NH₄H₂BO₃溶液获得硼酸晶体蒸发浓缩、冷去结晶、过滤、洗涤、干燥获得硼酸晶体。洗涤过程中需要用        （填“冷水”或“热水”），你的理由是                    。

（3）测得硼酸晶体纯度的试验方法是，取0．5000g样品与锥形瓶中，加甘油和刚冷却的废水，微热使样品溶解，迅速冷却至室温，加酚酞指示剂，用NaOH标准溶液滴定至15．80ml时，溶液恰好显粉红色且半分钟不褪色。
已知：每1．00mlNaOH滴定液相当于30．92mg的H₃BO₃
①迅速冷却锥形瓶中溶液的方法是                    ；
②滴定实验中加入甘油的目的                        ；
③测该样品中H₃BO₃的质量分数为                    ；

(13分)实验室以含有少量铁的粗铜粉和硫酸与硝酸的混合溶液为原料制备CuSO₄·5H₂O(胆矾)晶体。设计的工艺流程图如下：

请回答下列问题：
（1）根据反应原理，操作①所需的混酸溶液中硝酸和硫酸的理论配比(物质的量之比)为________。操作②中需要把NO与_____气体混合通入水中，混入该气体的目的是__________________________(用化学方程式表示)。
（2）溶液I中存在一定浓度的Fe³⁺、Cu²⁺，在该浓度时生成氢氧化物沉淀的pH如下表。操作③中某学生设计物质X为H₂O，若加水调整溶液pH，则Fe(OH)₃开始沉淀的pH_______1.9(填“<”、“＞”或“=”)；而实际操作中一般不用此法调节溶液pH，其主要原因是___________________。

（3）操作④中物质Y为_______。查阅资料知CuSO₄·5H₂O的溶解度曲线如图所示，则操作⑤应采取的措施是蒸发浓缩、______________、过滤、洗涤、干燥等。

（4）为测定胆矾中结晶水的数目，称取25.0g胆矾品体在坩埚中加热，固体质量随温度升高而变化的曲线如图。

当固体质量为8.0g时，观察到固体完全呈黑色。请列式计算开始称取的胆矾中结晶水的数目。

平板电视显示屏生产过程中产生大量的废玻璃粉末（含SiO₂、Fe₂O₃、CeO₂、FeO等物质）。某课题小组以此粉末为原料，设计如下工艺流程对资源进行回收，得到Ce(OH)₄和硫酸铁铵矾：

已知：
Ⅰ．酸性条件下，铈在水溶液中有Ce³⁺、Ce⁴⁺两种主要存在形式，Ce³⁺易水解，Ce⁴⁺有较强氧化性；
Ⅱ．CeO₂不溶于稀硫酸；
Ⅲ．硫酸铁铵矾［Fe₂(SO₄) ₃·(NH₄) ₂SO₄·24H₂O］广泛用于水的净化处理。
（1）滤液A的主要成分               （填写化学式）。
（2）写出反应①的离子方程式                          。
（3）反应①之前要洗涤滤渣B，对滤渣B进行洗涤的实验操作方法是               。
（4）稀土元素的提纯，还可采用萃取法。已知化合物HT作为萃取剂能将铈离子从水溶液中萃取出来，过程表示为Ce₂(SO₄)₃ (水层)+ 6HT(有机层)2CeT₃ (有机层）+3H₂SO₄(水层) ，分液得到CeT₃ (有机层），再加入H₂SO₄ 获得较纯的含Ce³⁺的水溶液。可选择硫酸作反萃取剂的原因是              。
（5）用滴定法测定制得的Ce(OH)₄产品纯度。

所用FeSO₄溶液在空气中露置一段时间后再进行滴定，则测得该Ce(OH)₄产品的质量分数       。（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）
（6）已知Fe³⁺沉淀的pH范围：2.2～3.2，Fe²⁺沉淀的pH范围：5.8～7.9，Zn²⁺沉淀的pH范围：5.8～11.0，pH>11时Zn(OH)₂能溶于NaOH溶液生成[Zn(OH)₄]^2－。现用FeSO₄溶液（含有ZnSO₄杂质）来制备硫酸铁铵矾。实验中可选用的试剂： KMnO₄溶液、30%H₂O₂、 NaOH溶液、饱和石灰水、稀H₂SO₄溶液、稀盐酸。
实验步骤依次为：
①向含有ZnSO₄杂质的FeSO₄溶液中，加入足量的NaOH溶液至pH>11，       ；
②                                                                  ；
③向②中得到的溶液中加入硫酸铵溶液，                                  ，过滤、洗涤、常温晾干，得硫酸铁铵晶体(NH₄) Fe(SO₄)₂·12H₂O。

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。以下是过氧化氢法生产亚氯酸钠的工艺流程图：

已知：①NaClO₂的溶解度随温度升高而增大，适当条件下可结晶析出NaClO₂•3H₂O。
②纯ClO₂易分解爆炸，一般用稀有气体或空气稀释到10％以下安全。
③160 g/L NaOH溶液是指160 gNaOH固体溶于水所得溶液的体积为1L。
（1）160 g/L NaOH溶液的物质的量浓度为         。
（2）发生器中鼓入空气的作用可能是      （选填序号）。
a．将SO₂氧化成SO₃，增强酸性；   
b．稀释ClO₂以防止爆炸；
c．将NaClO₃氧化成ClO₂
（3）吸收塔内的反应的化学方程式为                 。吸收塔的温度不能超过20℃，其目的是                        。
（4）在碱性溶液中NaClO₂比较稳定，所以吸收塔中应维持NaOH稍过量，判断NaOH是否过量的简单实验方法是                                  。
（5）吸收塔中为防止NaClO₂被还原成NaCl，所用还原剂的还原性应适中。除H₂O₂外，还可以选择的还原剂是       （选填序号）。
a．Na₂O₂          b．Na₂S          c．FeCl₂
（6）从滤液中得到NaClO₂•3H₂O粗晶体的实验操作依次是    （选填序号）。
a．蒸馏    
b．蒸发   
c．灼烧  
d．过滤   
e．冷却结晶
要得到更纯的NaClO₂•3H₂O晶体必须进行的操作是       （填操作名称）。