1、1题型四 综合实验探究1(2018盐城市高三上学期期中)NH 4Al(SO4)212H2O (铵明矾) 可用作泡沫灭火器的内留剂、石油脱色剂等。用氧化铁和铝粉等物质做铝热反应后的铝灰及硫酸铵等为原料制备铵明矾的实验步骤如下：(1)铝灰用“水洗”的目的是_；碱溶时，需在约 90 条件下进行，适宜的加热方式为_。(2)“过滤 1”所得滤渣主要成分为_。(3)用下图左边装置制备 CO2时，适宜的药品 A为_、B 为_；“沉铝”时，通入过量 CO2 发生反应的离子方程式为_。2(4)请设计从“过滤 2”所得滤渣制取铵明矾的实验方案：称取一定质量“过滤 2”的滤渣，放入烧杯中，_，静置，过滤、洗涤、晾干
2、，得到 NH4Al(SO4)212H2O 实验中须使用到 3 molL1 硫酸、(NH4)2SO4、蒸馏水、氨水、pH 试纸； 已知：NH 4Al(SO4)2饱和溶液的 pH约为 1.5，几种物质的溶解度曲线见右上图。答案 (1)除去 KCl等可溶性杂质 水浴加热(2)Fe(3)块状石灰石(或大理石、CaCO 3等) 饱和 NaHCO3溶液 AlO CO 22H 2O=Al(OH)23HCO 3(4)加入适量蒸馏水，加热并在不断搅拌下加入 3 molL1 硫酸至沉淀恰好完全溶解，再加入计算量的(NH 4)2SO4，用 3 molL1 硫酸和氨水调节溶液的 pH 在 12 之间，蒸发浓缩，冷却结
3、晶解析 铝灰水洗的目的是洗去表面可溶性杂质，在 90 水浴条件下，用 NaOH溶液进行溶解，Al 2O32OH =2AlO H 2O，过滤除去铁等不溶性杂质，向滤液中通入 CO2, 2AlO CO 22H 2O=Al(OH)3HCO ，提纯得到较纯的 Al(OH)3再制备 NH4Al(SO4)2。2 3(3)制备 CO2时，适宜的药品 A 为块状石灰石(或大理石、CaCO 3等) 、B 为饱和 NaHCO3溶液(除去挥发出来的 HCl)。2(2018南京三校高三第四次模拟)实验室回收利用废旧锂离子电池正极材料锰酸锂(LiMn2O4)的一种流程如下：(1)废旧电池可能残留有单质锂，拆解不当易爆炸
4、、着火，为了安全，对拆解环境的要求是_。(2)“酸浸”时采用 HNO3和 H2O2的混合液体，可将难溶的 LiMn2O4转化为 Mn(NO3)2、LiNO 3等3产物。请写出该反应离子方程式：_。如果采用盐酸溶解，从反应产物的角度分析，以盐酸代替 HNO3和 H2O2混合物的缺点是_。(3)“过滤 2”时，洗涤 Li2CO3沉淀的操作是_。(4)把分析纯碳酸锂与二氧化锰两种粉末，按物质的量 14 混合均匀加热可重新生成LiMn2O4，升温到 515 时，开始有 CO2产生，同时生成固体 A，比预计碳酸锂的分解温度(723 )低很多，可能的原因是_。(5)制备高纯 MnCO3固体：已知 MnCO
5、3难溶于水、乙醇，潮湿时易被空气氧化，100 开始分解；Mn(OH) 2开始沉淀的 pH7.7。请补充由上述过程中，制得的 Mn(OH)2制备高纯 MnCO3的操作步骤实验中可选用的试剂：H 2SO4、Na 2CO3、C 2H5OH：向 Mn(OH)2中边搅拌边加入_。答案 (1)隔绝空气和水分(2)2LiMn2O410H 3H 2O2=2Li 4Mn 2 3O 28H 2O 反应生成 Cl2，污染环境(3)沿着玻璃棒向过滤器中加入蒸馏水至浸没沉淀，待水自然流出，重复操作 23 次(4)MnO2作为催化剂，降低了碳酸锂的分解温度 (5)H2SO4溶液，固体溶解，加入 Na 2CO3，并控制溶液
6、 pH7.7，过滤，用少量的乙醇洗涤，在低于 100 条件下真空干燥解析 (1)废旧电池可能残留有单质锂，锂化学性质活泼，锂可与空气中的 O2和 H2O反应，对拆解环境的要求是：隔绝空气和水分。(2)“酸浸”时采用 HNO3和 H2O2的混合液体，可将难溶的 LiMn2O4转化为 Mn(NO3)2、LiNO 3等产物，LiMn 2O4被还原成 Mn(NO3)2，则 H2O2被氧化成 O2，反应中 1 mol LiMn2O4参与反应得到3 mol电子， 1 mol H2O2失去 2 mol电子，根据得失电子守恒和原子守恒，反应的化学方程式为 2LiMn2O410HNO 33H 2O2=2LiNO
7、34Mn(NO 3)23O 28H 2O，反应的离子方程式为2LiMn2O410H 3H 2O2=2Li 4Mn 2 3O 28H 2O。若采用盐酸溶解，盐酸作还原剂被氧化成 Cl2，以盐酸代替 HNO3和 H2O2混合物的缺点是：反应生成 Cl2，污染环境。(5)根据题目提供的试剂分析，制备 MnCO3的原理为：Mn(OH)2H 2SO4=MnSO42H 2O、MnSO 4Na 2CO3=MnCO3Na 2SO4，pH7.7 时开始形成 Mn(OH)2沉淀，加入 Na2CO3沉淀 Mn2 时控制 pH9时，以 CrO 为主。27 24钠盐在不同温度下的溶解度(g)：温度() 10 20 30
8、 40 50 60 70 80Na2SO4 9.0 19.4 40.8 48.8 46.7 45.3 44.1 43.7Na2Cr2O7 170.2 180.1 196.7 220.5 248.4 283.1 323.8385.4注：32.38 以上，与饱和溶液平衡的固相为无水 Na2SO4，以下则为 Na2SO410H2O。Cr 3 完全沉淀时 pH为 6.8，Cr(OH) 3开始溶解时 pH为 12。请回答下列问题：(1)煅烧铬矿石时，生成 Na2CrO4的化学方程式为_。(2)滤渣的成分是_(填化学式)。(3)有人认为工艺流程中“用稀硫酸调 pH”改为“通入过量 CO2”，不需调节 pH
9、同样可以达到实验效果，理由是_。(4)向红矾钠溶液中加入适量 KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到 K2Cr2O7固体。冷却到_(填字母)得到的 K2Cr2O7固体产品最多。6A80 B60 C40 D10 (5)该工艺所得副产品主要为无水硫酸钠并混有少量重铬酸钠，请设计从副产品中获得芒硝(Na2SO410H2O)的实验方案：将该副产品按固液质量比 100230 溶于热水，加入稍过量的Na2SO3溶液，搅拌，_，过滤，洗涤，低温干燥(实验中须使用的试剂：稀 H2SO4、NaOH 溶液)。答案 (1)2Cr 2O34Na 2CO3 3O 2 4Na2CrO44CO 2= = = = =煅 烧 (
10、2)H2SiO3、 Al(OH) 3 (3)过量的 CO2不会使 Al(OH)3溶解，生成的 NaHCO3在后续步骤中加入稀硫酸可以除去 (4)D (5)缓缓加入稀 H2SO4，静置，冷却自然结晶，过滤，将晶体用热水溶解，加入适量 NaOH溶液至溶液 pH约为 6.812，趁热过滤，将滤液冷却自然结晶解析 (2)滤液中加入稀硫酸调节 pH可生成 H2SiO3和 Al(OH)3沉淀，因此滤渣 的成分是 H2SiO3、 Al(OH)3。(3)通入过量 CO2，可以生成 Al(OH)3和 H2SiO3沉淀，过量的 CO2不会溶解 Al(OH)3，生成的 NaHCO3加入稀硫酸可以除去。(4)向红矾钠
11、溶液中加入适量 KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到 K2Cr2O7固体，由溶解度图示可知，冷却到 10 时得到的K2Cr2O7固体最多。 (5)要从副产品中获得芒硝，可以设计如下的实验方案：将该副产品按固液质量比 100230 溶于热水，加入稍过量的 Na2SO3溶液，搅拌，向所得的溶液中加入稀硫酸，然后静置，让溶液冷却自然结晶。对静置后的溶液进行过滤，将得到的晶体溶于热水中，然后加入适量的 NaOH溶液调节 pH约为 6.812，趁热过滤，将得到的滤液冷却自然结晶，得到芒硝。4(2018江苏省海安高级中学高三 1月月考)谢弗勒尔盐(Cu 2SO3CuSO32H2O)是一种深红色固体，不溶于
12、水和乙醇，100 时发生分解。可由 CuSO45H2O和 SO2等为原料制备，7实验装置如下图所示：(1)装置 A在常温下制取 SO2时，用较浓的硫酸而不用稀硫酸，其原因是_。(2)装置 B中发生反应的离子方程式为_。(3)装置 C的作用是_。(4)从 B中获得的固体需先用蒸馏水充分洗涤，再真空干燥。检验洗涤已完全的方法是_。不用烘干的方式得到产品，其原因是_。(5)请补充完整由工业级氧化铜(含少量 FeO)制备实验原料(纯净 CuSO45H2O)的实验方案：向工业级氧化铜中边搅拌边加入稍过量的硫酸溶液，微热使其完全溶解，_，过滤，用 95%酒精洗涤晶体 23 次，晾干，得到 CuSO45H2
13、O。已知：该溶液中氢氧化物开始沉淀与沉淀完全时的 pH范围分别为：Fe(OH) 2(5.8,8.8)；Cu(OH) 2(4.2,6.7)；Fe(OH)3(1.1,3.2)。在水溶液中超过 100 ，硫酸铜晶体易失去结晶水。硫酸铜晶体溶解度曲线如图所示：8答案 (1)二氧化硫易溶于水(2)3Cu2 3SO 26H 2O=Cu2SO3CuSO32H2O8H SO 24(3)防止倒吸(4)取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的 BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全 防止谢弗勒尔盐发生分解(5)边搅拌边向其中滴入 H2O2溶液，加入适量纯净的 CuO或 Cu(OH)2，
14、调节 3.2pH4.2，静置，过滤，将滤液水浴加热蒸发浓缩，冷却结晶解析 装置 A由浓硫酸和亚硫酸钠制备二氧化硫，与硫酸铜溶液在 6080 条件下于装置B中反应生成谢弗勒尔盐(Cu 2SO3CuSO32H2O)，D 装置用来吸收未反应完的二氧化硫有毒气体。(1)二氧化硫易溶于水，用浓硫酸含水量少，且能吸水，有利于二氧化硫的逸出。(2)装置 B中硫酸铜与二氧化硫生成产物Cu2SO3CuSO32H2O，铜元素化合价降低到1 价，则二氧化硫中硫元素升高到6 价，则该离子方程式为：3Cu 2 3SO 26H 2O=Cu2SO3CuSO32H2O8H SO 。24(4)产物若未洗涤干净，则表面含有硫酸根
15、离子，检验硫酸根离子即可，方法为：取少量最后一次的洗涤过滤液于试管中，向其中滴加盐酸酸化的 BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，则表明已洗涤完全。由题可知，谢弗勒尔盐受热易分解，不能烘干。(5)由工业级氧化铜(含少量 FeO)制备实验原料(纯净 CuSO45H2O)，向工业级氧化铜中边搅拌边加入稍过量的硫酸溶液，微热使其完全溶解，得到硫酸铜和硫酸亚铁的混合溶液，需将亚铁离子除去，根据题目中信息，亚铁离子以沉淀形式除去时铜离子有损失，而铁离子完全沉淀时对铜离子无损失，则应先将亚铁离子氧化为铁离子，考虑不引入新杂质，应选择双氧水，再调节 pH将铁离子沉淀，故操作为：向工业级氧化铜中边搅拌边加入稍过量
16、的硫酸溶液，微热使其完全溶解，边搅拌边向其中滴入 H2O2溶液，加入适量纯净的 CuO或 Cu(OH)2调节 3.2pH4.2，静置，过滤，将滤液水浴加热蒸发，浓缩至表面出现晶膜，冷却结晶，过滤，用 95%酒精洗涤晶体 23 次，晾干，得到 CuSO45H2O。5(2017淮阴中学高三下学期期初考试)以废旧铅酸电池中的含铅废料(Pb、PbO、PbO 2、PbSO 4及炭黑等)和 H2SO4为原料，制备高纯 PbO，实现铅的再生利用。其工作流程如下：9(1)过程中，在 Fe2 催化下，Pb 和 PbO2反应生成 PbSO4的化学方程式是_。(2)过程中，Fe 2 催化过程可表示为i：2Fe 2
17、PbO 24H SO =2Fe3 PbSO 42H 2O24ii：写出 ii的离子方程式：_。下列实验方案可验证上述催化过程。将实验方案补充完整。A向酸化的 FeSO4溶液中加入 KSCN溶液，溶液几乎无色，再加入少量 PbO2，溶液变红。B_。(3)PbO溶解在 NaOH溶液中，其溶解度曲线如图所示。过程的目的是脱硫。滤液经处理后可在过程中重复使用，其目的是_(填字母)。A减小 PbO的损失，提高产品的产率B重复利用 NaOH，提高原料的利用率C增加 Na2SO4浓度，提高脱硫效率过程的目的是提纯，结合上述溶解度曲线，简述过程的操作：_。答案 (1)PbPbO 22H 2SO4=2PbSO4
18、2H 2O(2)2Fe 3 PbSO =PbSO42Fe 224取 A中红色溶液少量，加入过量 Pb，充分反应后，红色褪去(3)AB10将粗 PbO溶解在一定量 35% NaOH溶液中，加热至 110 ，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥得到 PbO固体解析 (1)结合工艺流程图，过程中，在 Fe2 催化下，Pb 和 PbO2反应生成 PbSO4和水，化学方程式：PbPbO 22H 2SO4=2PbSO42H 2O。(2)催化剂参加反应，改变反应历程，降低反应活化能，加快反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后保持不变，中 Fe2 被氧化为 Fe3 ，中 Fe3 被还原成 Fe
19、2 ，离子方程式：2Fe 3 PbSO =PbSO42Fe 2 。24取 A中红色溶液少量，溶液中存在平衡，Fe 3 3SCN Fe(SCN)3，加入过量 Pb，Fe 3 被还原成 Fe2 ，平衡逆向移动，充分反应后，红色褪去。(3)过程脱硫过程中发生的反应为 PbSO42NaOH= =PbONa 2SO4H 2O，由于 PbO能溶解于 NaOH溶液，因此滤液中含有 Pb元素，重复使用滤液可减少 PbO的损失，且滤液中过量的 NaOH可以重复利用，提高原料的利用率，故选 AB。根据 PbO的溶解度曲线，提纯的方法是将粗 PbO溶解在 NaOH溶液中，结合溶解度曲线，NaOH浓度越高、温度越高，PbO 的溶解度越大，将粗 PbO溶解在一定量 35% NaOH溶液中，加热至 110 ，充分溶解后，趁热过滤，冷却结晶，过滤，洗涤，干燥得到 PbO固体。
