高中化学物质检验实验方案的设计实验题

某研究性学习小组用不纯的氧化铝（杂质为Fe₂O₃）为原料，设计了冶炼铝的以下工艺流程（部分反应产物没有标出）：

（1）试剂X的化学式为        ，反应Ⅰ的离子方程式是                        。实验室配制480mL 1 mol·L^-1 X的溶液必须用到玻璃仪器除烧杯、玻璃棒、试剂瓶、胶头滴管外，还有           。常用来可以标定所配X的溶液浓度是否准确的实验名称是                 。
（2）按照方案设计，试剂Z的作用是调节溶液的pH，以生成沉淀b[Fe(OH)₃]。从试剂工业的角度，你认为方案   更合理，理由是                   。
（3）已知N为氨气，实验室中还可以用下图装置制取氨气并进行氨气喷泉实验。

①仪器A的名称是           ，装置中A口部和B口部之间联通导气管的作用是                              。
②若用此装置制备N气，若A中盛有浓氨水，则B装置中的固体试剂不可以选用下列的       （填字母序号）。
a．生石灰    b．烧碱      c．胆矾     d．碱石灰
（4）室温下，在a mol·L^-1的(NH₄)₂SO₄水溶液中pH=5，存在着平衡NH₄⁺+H₂O NH₃·H₂O+H⁺，则该平衡常数的表达式为                       （用含代数a的较为精确地数字表达式表示，不必化简，不做近似运算）。

黄铜矿是工业炼铜的主要原料，其主要成分为CuFeS₂，现有一种天然黄铜矿（含少量SiO₂），为了测定该黄铜矿的纯度，某同学设计了如下实验：

现称取研细的黄铜矿样品1.150g，在空气存在下进行煅烧，生成Cu、Fe₃O₄和SO₂气体，实验后取d中溶液的置于锥形瓶中，用0.05mol/L标准碘溶液进行滴定，消耗标准溶液20.00ml。请回答下列问题：
（1）称量样品所用的仪器为_____(填“托盘天平”或“电子天平”)，将样品研细后再反应，其目的是_______ 。
（2）装置a和c的作用分别是____和____（填标号）。

A．除去SO2气体	B．除去空气中的水蒸气	C．有利于气体混合
D．有利于观察空气流速 E.除去反应后多余的氧气

（3）上述反应结束后，仍需通一段时间的空气，其目的是___________。
（4）通过计算可知，该黄铜矿的纯度为________。
（5）若用右图装置替代上述实验装置d，同样可以达到实验目的的是____（填序号）。

（6）若将原装置d中的试液改为Ba(OH)₂，测得的黄铜矿纯度误差为＋1%，假设实验操作均正确，可能的原因主要有_____________________________________________。

FeSO₄·7H₂O俗称绿矾，广泛用于医药和工监领域。
（1）已知FeSO₄·7H₂O晶体在加热条件下发生如下反应：
。利用下图装置检验该反应的气体产物。

请填写下列空白：
①仪器的连接顺序为        （用a～i的字母表示）。
②装置C中的试剂X化学式为         ；该装置中冷水的作用是            。
（2）以下是FeSO₄·7H₂O的实验窒制备流理图。

根据题意完成下列填空：
①反应Ⅱ需要l00mL l．5mol·L^-1l的稀硫酸溶解洁净的铁屑，用质量分数为98%、密度为1.84g·cm^-3的浓硫酸配制。所用的仪器有量筒、烧杯、玻璃捧、胶头滴管及     ，量取浓硫酸的体积为             。
②反应1需要加热数分钟，其原因是                ；操作A为       。
③测定FeSO₄·7H₂O产品中Fe²⁺含量的常用方法是KMnO₄溶液滴定法。已知称取3.0g FeSO₄·7H₂O产品，配制成溶液，用硫酸酸化的0.01000moL·L^-1 KMnO₄溶液滴定，消耗KMnO₄溶液的体积为200.00mL。发生反应的离子方程式为               ，计算上述样品中FeSO₄·7H₂O的质量分数为               （保留两位有效数字）。

以下为工业从海水中提取液溴的流程图：

已知：溴的沸点为59℃，微溶于水，有毒性。请回答：
（1）某同学利用“图1”装置进行步骤①至步骤④的实验，当进行步骤①时，应关闭活塞           ，打开活塞             。

（2）步骤②中可根据                  现象，简单判断热空气的流速
（3）步骤③中简单判断反应完全的依据是                  。
（4）从“溴水混合物Ⅰ”到“溴水混合物Ⅱ”的目的是                   。
（5）步骤⑤用“图2”装置进行蒸馏，蒸馏烧瓶中尚未安装温度计，安装其位置时应注意             装置C中直接加热不合理，应改为           ，蒸馏时冷凝水应从          端进入（填“e”或“f”），图中E、F的作用是             、               。

某氯化亚铁和氯化铁的混合物。现要测定其中铁元素的质量分数，按以下步骤进行实验：

Ⅰ．请根据上面流程，回答以下问题：
（1）操作I所用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还必须有        、        。（填仪器名称）
（2）请写出加入溴水发生的离子反应方程式                                。
（3）将沉淀物加热、灼烧，冷却至室温，用天平称量其质量为b₁ g，再次加热并冷却至室温称量其质量为b₂ g，若b₁－b₂＝0.3g，则接下来还应进行的操作是                    ；蒸发皿质量是W₁ g，蒸发皿与加热后固体总质量是W₂ g，则样品中铁元素的质量分数是              。                  
Ⅱ．有同学提出，还可以采用以下方法来测定：

（1）溶解样品改用了硫酸，而不再用盐酸，为什么                        ；
（2）选择的还原剂是否能用铁           （填“是”或“否”），原因是：            
                                                                       ；
（3）若滴定用掉c mol•L^-1 KMnO₄溶液b mL，则样品中铁元素的质量分数是：        。

氮化铝（AlN）是一种新型无机材料。某氮化铝（AlN）仅含有Al₂O₃杂质，某学习小组为测定该氮化铝样品中AlN的纯度，查阅资料得知：AlN + NaOH + 3H₂O = Na[Al(OH)₄] + NH₃↑。设计如下2种方案。
方案一：量气法——如图所示。

（1）按图连接好装置，检查装置气密性的方法是             。
（2） 导管a的主要作用是                   。
（3）为测定生成气体的体积，量气装置中的X液体可以是：           。（填标号）

A．CCl4

B．H2O

C．NH4Cl溶液

D．植物油

（4）若取m g样品与NaOH浓溶液完全反应后，测得生成气体的体积为V mL(标准状况)。则样品中AlN的纯度为___________。
方案二：重量法——如下图所示。

（5） 步骤①中，氧化铝与氢氧化钠溶液反应的离子方程式为_______________。
（6） 样品中AlN的纯度为___________。
（7） 若测得样品中AlN的纯度偏高，可能的原因是___________。（写1点）

草木灰中富含钾盐，主要成分是碳酸钾，还含有少量氯化钾和硫酸钾等。现从某草木灰样品中提取钾盐，并检验其中的CO₃^2－、SO₄^2－和Cl^－。
（1）从草木灰中提取钾盐的实验操作步骤如下，请补充完整：
①                       ②过滤 ③蒸发浓缩 ④冷却结晶 ⑤过滤。
（2）上述操作中需要用到玻璃棒的是                   （填序号）。
（3）将制得的少量晶体加水溶解后，分别置于三支试管中。
①向第一支试管中加入少量稀盐酸，可观察到               ，说明溶液中存在          离子。
②向第二支试管中加入                          ，可观察到               ，说明溶液中存在SO₄^2－。③向第三支试管中先加入足量Ba(NO₃)₂溶液，过滤后，再向滤液中加入足量             溶液，可观察到白色沉淀，说明溶液中存在Cl^－。其中，加入足量Ba(NO₃)₂溶液的目的是                   。

大多数非金属元素有含氧酸根离子，某些金属元素也有含氧酸根离子：
MnO₄^－、MnO₄^2－、Cr₂O₇^2－等。某无机盐M是一种优良的氧化剂，为确定其化学式，某小组设计并完成了如下实验：

已知：
①无机盐M仅由钾离子和一种含氧酸根组成，其原子个数比为2：1：4
②如图中，将1.98g该无机盐溶于水，滴加适量稀硫酸后，再加入1.12g还原铁粉，整个过程无气体生成，恰好完全反应得混合溶液N．
③该小组同学将溶液N分为二等份，分别按路线Ⅰ、路线Ⅱ进行实验．
④在路线Ⅱ中，首先向溶液N中滴加适量KOH至元素X刚好沉淀完全，过滤后将沉淀在空气中充分灼烧得纯净的Fe₂O₃粉末1.20g；再将滤液在一定条件下蒸干，只得到3.48g纯净的不含结晶水的正盐W．
请按要求回答下列问题：
（1）由路线Ⅰ的现象可知，溶液N中含有的阳离子是                ．
（2）由实验流程图可推得，含氧酸盐W的化学式是              ；由路线Ⅱ可知，1.98g无机盐M中所含钾元素的质量为           g．
（3）无机盐M与1.12g还原铁粉恰好完全反应生成溶液N的化学反应方程为         ．

天然海水中含有非常丰富的化学元素，具有很大的利用价值。工业上对海水资源综合利用的部分工艺流程如下图所示。

（1）请列举海水淡化的两种方法：                 、                 。
（2）常温下，碳酸在水中的电离常数K_a1=4.2×10^－7，K_a2=5.6×10^－11；次氯酸在水中的电离常数K_a =4.7×10^－8。写出向“84消毒液”(主要成分为氯化钠和次氯酸钠)中通入少量二氧化碳发生反应的离子方程式                         。
（3）海水中溴元素以Br^－形式存在，工业上用空气吹出法从海水中提取溴的工艺流程如上图。步骤①反应的离子方程式是          ；步骤③通入二氧化硫的目的是              ，其反应的化学方程式是               。
（4）步骤⑤蒸馏的过程中，温度应控制在80－90℃。温度过高或过低都不利于生产，请解释其原因：                            。

常用补钙片的有效成分是CaCO₃，某化学探究小组欲测定某补钙片中碳酸钙的含量。查阅资料得知：

一种常用的分析试剂 EDTA二钠盐（用Na₂H₂Y•2H₂O表示）可用于测定Ca²⁺，其反应为：
Ca²⁺＋H₂Y^2－===CaY^2－＋2H⁺，以铬黑T为指示剂，滴定终点溶液由红色变为蓝色。于是该实验小组做了如下实验：
步骤一：配制待测溶液。取适量补钙片研碎后，准确称取0.400 g配成250 mL溶液。
步骤二：滴定。用移液管取待测液25.00 mL于锥形瓶中，加入适量NaOH溶液，摇
匀，再加入铬黑T指示剂3滴，用0.0100 mol•L⁻¹EDTA二钠盐溶液滴定至终点。
三次重复滴定平均消耗EDTA二钠盐溶液22.50 mL。
请回答下列问题：
（1）步骤一中补钙剂要用2 mol/L的盐酸溶解，反应的离子方程式为__________________，配制待测溶液所必需的仪器除研钵、药匙、分析天平、称量瓶、烧杯、玻璃棒外，还有_______、________，操作的先后顺序为：e→____→____→d→f→____→____→____（填下列操作的序号）。
A．盐酸溶解    b．称量    c．定容摇匀    d．加蒸馏水稀释    e．研磨
f．用NaOH溶液调节溶液pH至7    g．转移溶液     h．洗涤并转移
（2）实验测得补钙片中CaCO₃的含量为_______。
（3）下列操作会导致测定结果偏高的是_______（填下列选项的字母序号）。
A．未将洗涤烧杯内壁的溶液转入容量瓶
B．将烧杯中溶液转移到容量瓶之前，容量瓶中有少量蒸馏水
C．定容时俯视刻度线
D．滴定管下端尖嘴中有气泡存在,滴定后气泡消失
E．滴定管用蒸馏水洗净后未用标准液润洗

铜的硫化物可用于冶炼金属铜。为测定某试样中Cu₂S、CuS的质量分数，进行如下实验：
步骤1：在0．7500g试样中加入100．00 mL 0．1200mol/mol KMnO₄的酸性溶液，加热，硫元素全部转化为SO₄^2－，铜元素全部转化为Cu^2＋，滤去不溶性杂质。
步骤2：收集步骤1所得滤液至250 mL容量瓶中，定容。取25．00 mL溶液，用0．1000mol/molFeSO₄溶液滴定至终点，消耗16．00 mL。
步骤3：在步骤2滴定所得溶液中滴加氨水至出现沉淀，然后加入适量NH₄HF₂溶液(使Fe、Mn元素不参与后续反应)，加入约1gKI固体(过量)，轻摇使之溶解并发生反应：2Cu^2＋＋4I^－=2CuI↓＋I₂。用0．05000mol/molNa₂S₂O₃溶液滴定至终点(离子方程式为2S₂O₃^2-＋I₂2I^－＋S₄O₆^2－)，消耗14．00 mL。
已知：酸性条件下，MnO₄^-的还原产物为Mn^2＋。
（1）若步骤3加入氨水产生沉淀时，溶液的pH＝2．0，则溶液中c(Fe^3＋)＝___________。
(已知室温下Ksp[Fe(OH)₃]＝2．6×10^－39)
（2）步骤3若未除去Fe^3＋，则测得的Cu^2＋的物质的量将___________(填“偏高”“偏低”或“不变”)。
（3）计算试样中Cu₂S和CuS的质量分数(写出计算过程)。

氯化铁是常见的水处理剂。某氯化铁（FeCl₃·6H₂O）样品含有少量FeCl₂杂质。现要测定其中FeCl₃·6H₂O的质量分数，实验按以下步骤进行：

已知有关离子方程式为：2Fe³⁺ +2I^－==2Fe²⁺+ I₂  ，  I₂+2S₂O₃^2－==2I^－ +S₄O₆^2－
（1）取少量氯化铁样品滴入50mL沸水中，加热片刻液体呈现红褐色，反应的离子方程式为：                   。
（2）操作Ⅰ所用到的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还必须有             、            （填仪器名称）。
（3）操作Ⅱ必须用到的仪器是                （选填编号）；
a．50mL烧杯      b．10mL量筒     c．20mL量筒      d．25mL滴定管
（4）指示剂是淀粉溶液，则达到滴定终点的现象是                    。
（5）滴定时，消耗浓度为0.1000mol/L的标准Na₂S₂O₃ 溶液18.17mL。该样品中FeCl₃·6H₂O的质量分数为                     。
（6）要把样品氯化铁中的少量FeCl₂杂质除去，可用的试剂是               （选填编号）。
a．铁粉     b．氯水    c．溴水    d．双氧水

B.[实验化学]茶叶中含咖啡碱，能溶于水、乙醇，更易溶于氯仿（CHCl₃），178℃时快速升华。另外茶叶中还含有11% ~12%的丹宁酸，也易升华，易溶于水及乙醇，但不溶于氯仿。现从茶叶中提取咖啡碱流程如下：
步骤I：称取一定量的茶叶，放入下图所示提取器的滤纸筒中，在圆底烧瓶中加入95%乙醇，用水浴加热，连续提取1.5小时。

步骤Ⅱ：待冷凝液刚刚虹吸下去时，立即停止加热。稍冷后，改成蒸馏装置，回收提取液中的大部分乙醇。
步骤Ⅲ：趁热将瓶中的残液倾入蒸发皿中，拌入3 ~ 4g生石灰粉使成糊状，低温蒸干，并压碎块状物。
步骤Ⅳ：取一只口径合适的玻璃漏斗，罩在隔以刺有许多小孔滤纸的蒸发皿上，小心加热升华，控制温度在180℃左右。当滤纸上出现大量白色毛状结晶时，停止加热，使其自然冷却，收集升华所得咖啡因。
回答下列问题：
（1）实验之前需要将茶叶研磨成粉末状，其目的是     。
（2）溶解抽提时不选择氯仿直接将咖啡碱提取而选用乙醇的原因是    。
（3）提取器中虹吸管的作用是     。
（4）冷凝器中冷却水从     进     出（选填“a”或“b”）。
（5）生产过程中可循环使用的物质是     。
（6）在粗产品中加入生石灰的原因是     。

铁矿石是工业炼铁的主要原料之一，其主要成分为铁的氧化物（杂质中不含铁元素，且杂质不与H₂、H₂SO₄反应）。某研究性学习小组对某铁矿石中铁的氧化物的化学式进行探究。
Ⅰ．铁矿石中含氧量的测定

实验结果：将5.0g铁矿石放入硬质玻璃管中完全反应， 测得装置B增重1.35 g。
Ⅱ．铁矿石中含铁量的测定

Ⅲ．问题讨论与解决：
（1）如要验证滤液A中铁元素的存在形式，可另取两份滤液A分别进行实验，实验方法、现象与结论如下表。请将其补充完整。
可供选择的试剂有：酸性KMnO₄溶液、NaOH溶液、KSCN溶液、氯水

实验方法	实验现象	结论
步骤1：在滤液A中加入		滤液A中有Fe^3^＋
步骤2：在滤液A中加入		滤液A中有Fe^2^＋

（2）步骤④中煮沸的作用是：                                ；
（3）步骤③中反应的离子方程式为：                                ；
（4）请通过实验Ⅰ、Ⅱ计算出该铁矿石中铁的氧化物的化学式。（写出计算过程）

碳酸镁晶须是一种新型的吸波隐形材料中的增强材料。
（1）合成该物质的步骤如下：
步骤1：配制0.5mol·L^-1MgSO₄溶液和0.5mol·L^-1NH₄HCO₃溶液。
步骤2：用量筒量取500mL NH₄HCO₃溶液于1000mL四口烧瓶中，开启搅拌器。温度控制在50℃。
步骤3：将250mL MgSO₄溶液逐滴加入NH₄HCO₃溶液中，1min内滴加完后，用氨水调节溶液pH到9.5。
步骤4：放置1h后，过滤，洗涤。
步骤5：在40℃的真空干燥箱中干燥10h，得碳酸镁晶须产品（MgCO₃·nH₂O  n=1~5）。
①步骤2控制温度在50℃，较好的加热方法是          。
②步骤3生成MgCO₃·nH₂O沉淀的离子方程式为        。
③步骤4检验是否洗涤干净的方法是           。
（2）测定合成的MgCO₃·nH₂O中的n值。
称量1.000g碳酸镁晶须，放入如图所示的广口瓶中加入水滴入稀硫酸与晶须反应，生成的CO₂被NaOH溶液吸收，在室温下反应4~5h，反应后期将温度升到30℃，最后的烧杯中的溶液用已知浓度的盐酸滴定，测得CO₂的总量；重复上述操作2次。

①图中气球的作用是           。
②上述反应后期要升温到30℃，主要目的是         。
③设3次实验测得每1.000g碳酸镁晶须产生的CO₂平均值为a mol，则n值为      （用含a的表达式表示）。
（3）称取100g上述晶须产品进行热重分析，热重曲线如图。

则该条件下合成的晶须中，n=      （选填：1、2、3、4、5）。