(通用版)高考化学一轮复习课时分层提升练三十二10.3物质的制备(含解析)

　物质的制备

一、选择题

1.下列制备和收集气体的实验装置合理的是 (　　)

【解析】选D。A中被加热试管的管口应略向下倾斜,且收集气体的试管口应放一团棉花;B中NO很容易被空气中的氧气氧化,所以采用B装置得不到NO;C中氢气的密度比空气小,所以集气瓶中的进气导管应比出气导管要短。

2.(2019·西安模拟)MnSO4是制备高纯MnCO3的中间原料。实验室用如图所示装置可制备少量MnSO4溶液,反应原理为MnO2+H2SO3MnSO4+H2O;下列说法错误的是

(　　)

A.缓慢通入混合气体可提高SO2的转化率

B.若不通N2,则烧瓶中的进气管口容易被堵塞

C.若实验中将N2换成空气,则反应液中c(Mn2+)/)的浓度之比变大

D.石灰乳对尾气的吸收效果比澄清石灰水更好

【解析】选C。A项,缓慢通入混合气体,可以使反应充分进行,提高SO2的转化率;B项,若不通N2,则烧瓶中的进气管口容易被二氧化锰堵塞;C项,二氧化硫和水反应生成亚硫酸,亚硫酸不稳定易被氧气氧化,空气中含有氧气,所以将亚硫酸氧化为硫酸,导致溶液中硫酸根离子浓度增大,反应液中c(Mn2+)/c(S)的浓度之比变小;D项,二氧化硫有毒不能直接排到空气中,且二氧化硫是酸性氧化物,能与碱反应,所以用氢氧化钙吸收未反应的二氧化硫,氢氧化钙微溶于水,使用石灰乳对尾气的吸收效果比澄清石灰水更好。

3.(2019·阳春模拟)液态N2O4是火箭推进系统的有效氧化剂。实验室制备少量N2O4的流程如下:

NH4Cl固体NH3NON2O4液体

下列分析正确的是 (　　)

A.反应①、③中氮元素的化合价发生了变化

B.反应②利用了NH3的氧化性

C.反应④的颜色变化是由化学平衡移动引起的

D.反应①可由图所示装置实现

【解析】选C。A项,已知这五种化合物NH4Cl、NH3、NO、NO2、N2O4中氮元素的化合价分别为-3、-3、+2、+4、+4,所以反应①④中氮元素的化合价没有变化,反应②③中氮元素的化合价变化了;B项,反应②中氮元素从-3价升高为+2价,NH3表现出还原性;C项,由于2NO2N2O4是放热反应,则降低温度,平衡正向移动,使NO2转化为N2O4;D项,反应①是固体加热生成易溶于水的NH3,所以图示装置中发生装置和收集装置都不合适。

【加固训练】

 (2019·南平模拟)下列图表中a、b、c表示对应装置的仪器中加入的试剂,可制取、净化、收集的气体是              (　　)

【解析】选D。A项,氨气的密度小于空气的密度,所以应用向下排空气法收集,且氨气不能用浓硫酸干燥;B项,浓硫酸和铜反应需要加热,常温下不反应,不能制备二氧化硫;C项,稀硝酸和铜反应可制取一氧化氮气体,但NO易被氧化为NO2,不能采用排空气法收集;D项,稀盐酸和碳酸钙反应生成二氧化碳,利用饱和碳酸氢钠溶液除去二氧化碳中混有的氯化氢,采用向上排空气法收集二氧化碳。

二、非选择题

4.(2019·厦门模拟)利用反应I2(s)+Cl2(g)2ICl(l),实验室可用如图所示装置(加热、夹持仪器已略去)制取少量ICl。

已知:①ICl的熔点为13.9 ℃,沸点为97.4 ℃,易水解,且能发生反应ICl(l)+ Cl2(g)ICl3(l)。

②ICl3的熔点为33 ℃,沸点为77 ℃。

(1)装置A中发生反应的化学方程式是__________________________________。 

(2)装置B的作用是______________________________。不能用装置F代替装置E,理由是________________________________________。 

(3)所制得的ICl中溶有少量ICl3杂质,提纯的方法是________(填字母编号)。 

A.过滤　　B.蒸发结晶　　C.蒸馏　　D.分液

【解析】(1)装置A用于制Cl2,反应的化学方程式为MnO2+4HCl(浓)MnCl2 +2H2O+Cl2↑。

(2)浓盐酸具有挥发性,制得的Cl2中含有HCl、H2O等杂质气体,应在与碘反应前将杂质除去。

(3)根据二者沸点的差异,可以用蒸馏的方法除去ICl中溶有的少量ICl3杂质。

答案:(1)MnO2+4HCl(浓)MnCl2+Cl2↑+2H2O

(2)除去氯气中的氯化氢杂质　装置F中的水蒸气会进入装置D中,使ICl水解(其他合理答案也可)　(3)C

5.(新题预测)硒和碲在工业上有重要用途。在铜、镍、铅等电解工艺的阳极泥中硒、碲主要以硒化物、碲化物及单质状态存在。一种从阳极泥中提取Se和Te的工艺流程如下:

已知:碲酸四氢钠(Na2H4TeO6)难溶,碲酸(H6TeO6)可溶。回答下列问题:

(1)阳极泥在600 K左右加入一定浓度H2SO4焙烧时,单质Te转化为TeO2的化学方程式为__________________________。 

(2)“焙砂”与碳酸钠充分混合,干燥后通入空气焙烧,发生氧化反应,每生成1 mol碲酸四氢钠(Na2H4TeO6),则需要的氧化剂O2至少为________mol;生成的碲酸四氢钠不用“水浸”,而采取“酸浸”的原因是______________________________ ______________________。 

(3)流程中“反应”处发生反应的化学方程式为 __________________________。 

(4)检验“还原”后的溶液中Na2SO3是否过量的实验方法为__________________。 

(5)工艺路线中可以循环利用的物质有______________、____________。 

【解析】(1)阳极泥在600 K左右加入一定浓度H2SO4焙烧时,单质Te转化为TeO2,同时生成二氧化硫和水,反应的化学方程式为Te+2H2SO4TeO2+2SO2↑+2H2O;

(2)“焙砂”与碳酸钠充分混合,干燥后通入空气焙烧,发生氧化反应2Na2CO3+ 2O2+2TeO22Na2H4TeO6+2CO2,每生成1 mol碲酸四氢钠(Na2H4TeO6),则需要的氧化剂O2至少为0.5 mol;Na2H4TeO6在水中难溶,酸浸生成的H6TeO6可溶,故生成的碲酸四氢钠不用“水浸”,而采取“酸浸”;(3)流程中“反应”处通入SeO2、SO2,加入H2O反应后得到Se,则SO2被氧化生成硫酸,发生反应的化学方程式为SeO2+ 2H2O+2SO22H2SO4+Se;(4)检验“还原”后的溶液中Na2SO3是否过量的实验方法为取少量“还原”后的溶液于试管中,加入稀硫酸将生成的气体通入澄清石灰水,若溶液变浑浊,则Na2SO3过量。反之不过量;(5)根据流程中既为生成物又为反应原料的物质可作为循环利用的物质,则工艺路线中可以循环利用的物质有H2SO4和NaOH。

答案:(1)Te+2H2SO4TeO2+2SO2↑+2H2O

(2)0.5　在水中难溶,酸浸生成的H6TeO6可溶

(3)SeO2+2H2O+2SO22H2SO4+Se

(4)取少量“还原”后的溶液于试管中,加入稀硫酸将生成的气体通入澄清石灰水,若溶液变浑浊,则Na2SO3过量,反之不过量　(5)H2SO4　NaOH

一、选择题

1.(2019·洛阳模拟)氢化钙(CaH2)固体是一种储氢材料,遇水反应生成氢氧化钙和氢气,是登山运动员常用的能源提供剂。某化学兴趣小组设计制取氢化钙的装置如下图所示(固定装置已略去)。下列说法正确的是              (　　)

A.装置②③⑤中依次盛放的是浓硫酸、氢氧化钠溶液、浓硫酸

B.为了节省药品,应先点燃④处酒精灯,后打开①中分液漏斗的活塞

C.装置⑤中竖直导管的作用是平衡压强,观察H2流速以调节反应的进行

D.实验完毕,取④中的固体与水反应有H2生成,证明固体中含有CaH2

【解析】选C。A项,①装置制备H2,氢气中混有HCl和水蒸气,HCl和水蒸气能与Ca发生反应,必须除去,因此装置②盛放NaOH溶液,目的是除去HCl,装置③盛放浓硫酸,目的是干燥氢气,除去水蒸气,装置⑤的作用是防止空气中水蒸气进入装置④干扰实验,因此装置⑤中盛放浓硫酸;B项,先通入H2,排除装置中氧气,防止氧气与Ca反应,因此先打开①中分液漏斗的活塞,再点燃④处的酒精灯;C项,装置⑤中竖直导管的作用是平衡压强,观察H2流速以调节反应的进行;D项,CaH2中可能含有未反应的Ca,Ca也能与H2O反应生成H2,因此此实验无法证明固体中含有CaH2。

2.(2019·九江模拟)实验室为探究铁与浓硫酸(足量)的反应,并验证SO2的性质,设计如图所示装置进行实验,下列说法不正确的是              (　　)

A.装置B中酸性KMnO4溶液逐渐褪色,体现了二氧化硫的还原性

B.实验结束后可向装置A的溶液中滴加KSCN溶液以检验生成的Fe3+

C.装置D中品红溶液褪色可以验证SO2的漂白性

D.实验时将导管a插入浓硫酸中,可防止装置B中的溶液倒吸

【解析】选B。A项,铁丝与浓硫酸反应生成SO2,因为酸性高锰酸钾具有强氧化性,装置B中酸性高锰酸钾溶液褪色,体现了SO2的还原性;B项,浓硫酸具有强氧化性,可能把生成的Fe2+氧化成Fe3+,因此不能检验铁丝和浓硫酸反应生成的是否是Fe3+;C项,品红溶液褪色,体现SO2的漂白性;D项,导管a的作用是使内外压强相同,防止装置B中的溶液倒吸。

【加固训练】

 (2019·菏泽模拟)稀有金属钌(Ru)的性质很稳定,耐腐蚀。实验室用H2还原RuO2来制备金属钌的装置如图所示。下列说法错误的是              (　　)

A.加热RuO2前,应先收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度

B.洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液,用于除去挥发出来的HCl气体

C.结束反应时,先停止加热,待试管冷却到室温后再关闭活塞K

D.启普发生器也可用于碳酸钠晶体与稀硫酸反应制备二氧化碳

【解析】选D。A项,加热RuO2前,应先收集气体并点燃,通过声音判断气体纯度,确保试管中的空气已排尽,A正确;B项,洗气瓶中盛装的可能是NaOH溶液,用于除去挥发出来的HCl气体,B正确;C项,结束反应时,先停止加热,待试管冷却到室温后再关闭活塞K;D项,碳酸钠可溶于水,所以启普发生器不能用于碳酸钠晶体与稀硫酸反应制备二氧化碳。

二、非选择题

3.(2019·淄博模拟)乳酸亚铁晶体{[CH3CH(OH)COO]2Fe·3H2O}(相对分子质量:288)可由乳酸与FeCO3反应制得,它易溶于水,是一种很好的补铁剂。

Ⅰ.制备碳酸亚铁:装置如图所示。

(1)仪器B的名称是__________。 

(2)实验操作如下:关闭活塞2,打开活塞1、3,加入适量稀硫酸反应一段时间,其目的是__________________, 然后关闭活塞1,接下来的操作是__________。 

C中发生反应的离子方程式为__________________________________。 

Ⅱ.制备乳酸亚铁:

向纯净的FeCO3固体加入足量乳酸溶液,在75 ℃下搅拌使之充分反应。

(3)该反应的化学方程式为__________________________________________。 

为防止乳酸亚铁变质,在上述体系中还应加入________。反应结束后,将所得溶液隔绝空气低温蒸发、冷却结晶、过滤、洗涤、干燥得乳酸亚铁晶体。该晶体存放时应注意________。 

Ⅲ.乳酸亚铁晶体纯度的测量:

(4)两位同学分别用不同方案进行测定:

①甲同学通过KMnO4滴定法测定样品中Fe2+的含量计算样品纯度,所得纯度总是大于100%,其原因可能是 __________________________________________。 

②乙同学经查阅文献后改用(NH4)4Ce(SO4)4滴定法测定样品中Fe2+的含量计算样品纯度(反应中Ce4+还原为Ce3+),称取6.00 g样品配制成250.00 mL溶液,取

25.00 mL用0.10mol·L-1(NH4)4Ce(SO4)4标准溶液滴定至终点,消耗标准液

20.00 mL。则产品中乳酸亚铁晶体的纯度为________(以质量分数表示)。 

【解析】(1)仪器B是用来蒸馏液体的,为蒸馏烧瓶。

(2)为顺利达成实验目的,先关闭活塞2,打开活塞1、3,加入适量稀硫酸反应一段时间,产生的氢气能够把装置内的空气排净,防止亚铁离子被氧化;然后关闭活塞1,关闭活塞3,打开活塞2,利用生成的氢气,使B装置中的气压增大,将B装置中的硫酸亚铁溶液压入到C装置中;与碳酸氢铵溶液发生反应,生成碳酸亚铁和二氧化碳,离子方程式为Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O。

(3)向纯净的FeCO3固体加入足量乳酸溶液,在75 ℃下搅拌使之充分反应,生成乳酸亚铁和二氧化碳,该反应的化学方程式为2CH3CH(OH)COOH+FeCO3

[CH3CH(OH)COO]2Fe+CO2↑+H2O;为防止乳酸亚铁变质,加入铁粉,防止其被氧化;反应结束后,得到的乳酸亚铁晶体,含有亚铁离子,易被氧化,因此要隔绝空气密封保存。

(4)①乳酸根中含有羟基,可能被酸性高锰酸钾溶液氧化,导致消耗的高锰酸钾的量变多,而计算中按Fe2+被氧化,故计算所得的乳酸亚铁的质量偏大,产品中乳酸亚铁的纯度大于100%。

②Ce4+→Ce3+发生还原反应,得电子总量为250/25×0.10×20×10-3 mol,设亚铁离子的量为x mol,亚铁离子发生氧化反应,生成铁离子,失电子总量为x×1 mol,根据氧化还原反应电子得失守恒规律:x×1=250/25×0.10×20×10-3,x=2×

10-2 mol,根据铁守恒,乳酸亚铁晶体的量为2×10-2 mol,其质量为2×10-2×288 g, 则产品中乳酸亚铁晶体的纯度为2×10-2×288/6.00×100%=96%。

答案:Ⅰ.(1)蒸馏烧瓶　(2)排尽装置内的空气,防止二价铁被氧化　关闭活塞3,打开活塞2　Fe2++2HCFeCO3↓+CO2↑+H2O

Ⅱ.(3)2CH3CH(OH)COOH+FeCO3[CH3CH(OH)COO]2Fe+CO2↑+H2O　适量铁粉　密封保存

Ⅲ.(4) ①乳酸根中羟基(—OH)能被酸性高锰酸钾溶液氧化,导致消耗高锰酸钾溶液偏多　②96%

4.ZrO2常用作陶瓷材料,可由锆英砂(主要成分为ZrSiO4,也可表示为ZrO2·SiO2,还含少量Fe2O3、Al2O3、SiO2等杂质)通过如下方法制取。

已知:①ZrO2能与烧碱反应生成可溶于水的Na2ZrO3,Na2ZrO3与酸反应生成ZrO2+。②部分金属离子在实验条件下开始沉淀和完全沉淀的pH如下表。

(1)熔融时ZrSiO4发生反应的化学方程式为____________________________,滤渣Ⅰ的化学式为________________________。 

(2)为使滤液Ⅰ的杂质离子沉淀完全,需用氨水调pH=a,则a的范围是________ ____;继续加氨水至pH=b时,所发生反应的离子方程式为________________。 

(3)向过滤Ⅲ所得滤液中加入CaCO3粉末并加热,得到两种气体。该反应的离子方程式为_____________________________________。 

(4)为得到纯净的ZrO2,Zr(OH)4需要洗涤,检验Zr(OH)4是否洗涤干净的方法是________________________________。 

【解析】(1)锆英砂在NaOH熔融下,生成Na2ZrO3、Na2SiO3、NaAlO2,Fe2O3不溶,再加入过量盐酸酸浸时,Fe2O3溶解生成Fe3+,Na2ZrO3转化成ZrO2+,Na2SiO3转化成H2SiO3沉淀,NaAlO2转化成Al3+,ZrSiO4与NaOH反应为非氧化还原反应,根据元素守恒可配平反应。(2)加入氨水,使Fe3+、Al3+杂质除去,但不可使ZrO2+沉淀,所以a的范围为5.2≤a<6.2。继续加入氨水,使ZrO2+转化为Zr(OH)4沉淀,根据电荷守恒知,产物有2 mol N生成,根据N守恒知,反应物有2 mol NH3·H2O参加反应,根据H、O守恒知,反应物需要补充1 mol H2O。(3)N水解显酸性,加入CaCO3可生成CO2,同时促进了N水解,生成NH3。(4)过滤Ⅲ处的滤液为NH4Cl,Zr(OH)4沉淀是否洗涤干净,只要检验滤液中是否含有Cl-即可。

答案:(1)ZrSiO4+4NaOHNa2SiO3+Na2ZrO3+2H2O　H2SiO3(或H4SiO4)

(2)5.2≤a<6.2　ZrO2++2NH3·H2O+H2OZr(OH)4↓+2N

(3)2N+CaCO3Ca2++2NH3↑+CO2↑+H2O

(4)取最后一次洗涤液,向其中滴加稀硝酸,再滴加硝酸银溶液,若无沉淀生成,则Zr(OH)4洗涤干净