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2019版高考化学一轮精选教师用书苏教专用：专题105第四单元 定量分析与工艺流程实验分析
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第四单元 定量分析与工艺流程实验分析
1．能预测或描述实验现象，分析或处理实验数据，得出合理结论。 2.实验基础知识的综合应用。
定量实验
[知识梳理]
常见的定量测定型实验题包括混合物成分的测定、物质纯度的测定以及化学式的确定等。该类试题常涉及物质的称量、物质的分离与提纯、中和滴定、一定物质的量浓度溶液的配制等实验操作。实验过程中或问题解答中要特别注意以下几个问题：
1．气体体积的测量
(1)量气装置的改进
(2)量气时应注意的问题
①量气时应保持装置处于室温状态。
②读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。如上图A、D应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
2．测定实验中要有消除干扰气体的意识
如用“惰性”气体将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。
3．测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识
如可采取反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。
4．测定实验中要有数据的采集处理意识
实验数据的采集是化学计算的基础，一般来讲，固体试剂称质量，而液体试剂和气体试剂测量体积。
(1)称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到0.1 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平，可精确到0.000 1 g。
(2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到0.1 mL，准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式)，可估读到0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。
(3)气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量，计算其减小值；另一种方法是称吸收装置吸收气体前后的质量，计算其增大值。
(4)用pH试纸或pH计(精确到0.01)直接测出溶液的pH，经过计算可以得到溶液中H＋或OH－的物质的量浓度。为了数据的准确性，实验中要采取必要的措施，确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等，必要时可以进行平行实验，重复测定，然后取其平均值进行计算。例如：中和滴定实验中测量酸或碱的体积要平行做2～3次滴定，取体积的平均值求算未知溶液的浓度，但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃，因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。
(1)数据的表格化
项目
实验编号
项目1
项目2
项目3
项目4…
1
2
3
①根据实验原理确定应记录的项目：所测的物理量。
②应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。
③设计的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的联系。
(2)数据的图像化
图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。
(2017·高考全国卷Ⅲ，26，14分)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：
(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：______________、______________。
(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是____________。
②将下列实验操作步骤正确排序____________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热 b．熄灭酒精灯
c．关闭K1和K2 d．打开K1和K2，缓缓通入N2
e．称量A f．冷却到室温
③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝____________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为_____________________。
a．品红 b．NaOH
c．BaCl2 d．Ba(NO3)2
e．浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：______________________________
________________________________________________________________________。
[解析] (1)加入KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中不含三价铁；再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，说明FeSO4易被空气中的氧气氧化。(2)①仪器B是干燥管。②根据实验目的及绿矾易被氧化的性质可知，实验时先打开K1和K2，缓缓通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化；再点燃酒精灯进行加热；一段时间后熄灭酒精灯，冷却至室温，关闭K1和K2，再称量A。故正确的操作顺序是dabfce。③根据题意，绿矾样品的质量为(m2－m1) g，绿矾中结晶水的质量为(m2－m3) g，则FeSO4的质量为(m3－m1) g，故绿矾中FeSO4与H2O的物质的量之比为∶＝1∶，因此绿矾化学式中结晶水数目为。如果实验时按照a、d次序操作，则部分绿矾被氧化，导致m3增大，所以会偏小。(3)实验后残留的红色固体是氧化铁。根据氧化还原反应规律，反应中硫元素的化合价必然降低，生成二氧化硫。根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应的化学方程式：2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。由于三氧化硫极易溶于水且能与水反应生成硫酸，欲检验二氧化硫和三氧化硫，必须先用氯化钡溶液检验三氧化硫，再用品红溶液检验二氧化硫。
[答案] (1)样品中没有Fe(Ⅲ) Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为 Fe(Ⅲ)
(2)①干燥管 ②dabfce ③ 偏小
(3)①c、a 生成白色沉淀、褪色
②2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑
(2015·高考全国卷Ⅱ，28，15分)二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题：
(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。
(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：
①电解时发生反应的化学方程式为___________________________。
②溶液X中大量存在的阴离子有________。
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是______________(填标号)。
a．水 b．碱石灰 c．浓硫酸 d．饱和食盐水
(3)用如图装置可以测定混合气中ClO2的含量：
Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸；
Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；
Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；
Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；
Ⅴ.用0.100 0 mol·L－1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S2O===2I－＋S4O)，指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中：
①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为________________________________。
②玻璃液封装置的作用是_______________________________。
③Ⅴ中加入的指示剂通常为________，滴定至终点的现象是_____________________。
④测得混合气中ClO2的质量为________g。
(4)用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是________(填标号)。
a．明矾 b．碘化钾
c．盐酸 d．硫酸亚铁
解析：(1)该反应中Cl由＋5价降低为＋4价，S由＋4价升高为＋6价，则KClO3为氧化剂，Na2SO3为还原剂。根据氧化还原反应中电子得失守恒可得：n(KClO3)×(5－4)＝n(Na2SO3)×(6－4)，则有n(KClO3)∶n(Na2SO3)＝2∶1。
(2)①由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3。
②由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由＋3价降低为－3价，NaClO2中Cl由＋3价升高到＋4价，生成ClO2，Cl－未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2↑＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH，溶液呈碱性，故溶液X中含有大量的阴离子为Cl－和OH－。
③ClO2是酸性气体，NH3是碱性气体，除去ClO2中的NH3可选用酸性干燥剂，如浓H2SO4等。
(3)①ClO2具有氧化性，I－具有还原性，二者在酸性溶液中发生氧化还原反应，离子方程式为2ClO2＋10I－＋8H＋===5I2＋4H2O＋2Cl－。
②该实验中ClO2不一定被完全吸收，故玻璃液封管的作用是吸收残留的ClO2气体，同时防止生成的单质碘逸出。
③淀粉遇I2显蓝色，用Na2S2O3溶液滴定I2时，可选用淀粉溶液作指示剂，达到滴定终点时溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变。
④ClO2、I2和Na2S2O3间存在关系式：2ClO2～5I2～10Na2S2O3，则有n(ClO2)＝1/5n(Na2S2O3)＝1/5×0.100 0 mol·L－1×(20.00×10－3) L＝4×10－4 mol，m(ClO2)＝ 4×10－4 mol×67.5 g·mol－1＝0.027 00 g。
(4)利用亚氯酸盐的氧化性及FeSO4的还原性除去含有的亚氯酸盐。
答案：(1)2∶1
(2)①NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3 ②Cl－、OH－
③c
(3)①2ClO2＋10I－＋8H＋===5I2＋4H2O＋2Cl－
②吸收残余的二氧化氯气体(避免碘的逸出)
③淀粉溶液 溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变
④0.027 00
(4)d
定量实验题
(2017·高考全国卷Ⅰ，26，15分)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是_____________________________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_____________________________________。
f的名称是________________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是________________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为______________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_____________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸 V mL，则样品中氮的质量分数为____________%，样品的纯度≤________%。
解析：(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。(5)n(N)＝n(NH3)＝n(HCl)＝ mol，w(N)＝×100%＝%。C2H5NO2的相对分子质量为75，w(C2H5NO2)＝%×＝%。
答案：(1)避免b中压强过大
(2)防止暴沸 直形冷凝管
(3)c中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨气逸出
②NH＋OH－NH3↑＋H2O 保温使氨完全蒸出
(5)
实验数据筛选的一般方法和思路
实验所得的数据，可分为有用、有效数据，正确、合理数据，错误、无效数据，及无用、多余数据等。能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点，也是近年来命题变化的一个重要方向。对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”：
一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精确度为0.1 g，若数值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；
二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去；
三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用；
四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算；
五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。
工艺流程实验分析
[知识梳理]
1．无机化工流程题的主线
化学工艺流程题就是把化工生产过程中的重要生产工序和主要流程，用框图形式表示出来，并围绕生产流程中涉及的有关化学知识和原理设置问题，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。其流程主线可表示为
→→→→
2．无机化工流程题的结构
化学工艺流程题的结构分为题引、题干和题设三部分。
(1)题引就是用引导性的语言，简单介绍该工艺生产的目的、原料、产品，有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息；
(2)题干主要是用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；
(3)题设是根据生产过程中涉及的化学知识设计成系列问题，要求考生依据化学原理进行分析解答。
3．无机化工流程题的特点
(1)试题源于社会实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，使问题情境真实，体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系，能激发学生学习化学的兴趣。
(2)以解决化学实际问题作思路进行设问，考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力，培养学生理论联系实际、学以致用的学习品质。
(3)试题内容丰富，涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大，考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。
(4)试题新颖，信息阅读量大，考查学生的阅读能力、资料收集处理能力和知识迁移能力。
4．工艺流程术语与操作
(1)常见操作或名词
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末状或将液体雾化，增大接触面积，提高反应速率，使反应充分进行
浸取
固体加入溶剂或溶液使其中可溶性物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸取率
固体加入溶剂或溶液后，溶解出的物质的百分率
酸化、碱化
加入酸(硫酸、硝酸等)、碱使溶液呈一定的酸、碱性，类似还有“氨化”是指通入氨气或加入氨水碱化
煅烧
在高温下灼烧使固体分解、反应或改变晶体结构
表面处理
含义很多，如用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
(2)通常用到的表述词汇和所要考虑的答题角度
表述词汇
答题角度
加过量试剂
反应进行完全或增大转化率、产率等
溶液呈酸(碱)性
电离或水解产生H＋或OH－，是否促进或抑制电离或水解等
利用率
经济性或成本、环保性等
在某气体中
考虑气体是否参与反应，是否需要达到防氧化、水解、潮解等目的
控制pH
防水解(促水解)、促沉淀等
用特殊溶剂清洗
降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
碱作用
去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH抑制水解(沉淀)，去油污
氧化剂
氧化某物质，转化为易于被除去(沉淀)的离子，如H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋
温度控制在
某范围(水浴
或油浴)
①控制反应速率或固体的溶解；②防止高温时会溶解、分解或挥发；③催化剂活性最好；④为了使某物质达到沸点挥发出来；⑤控制副反应发生；⑥控制化学反应的方向；⑦对于某些工艺，降温(减压)可以减少能源成本，降低设备要求
(3)化工生产的主要实验操作
过滤
固、液分离
滴定
定量测定，可用于某物质的物质的量浓度的测定
煮沸
促进水解，聚沉后有利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气
趁热过滤
为了防止被过滤的溶液在常温下析出晶体，所以保持溶液在热的时候过滤
蒸发结晶
蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质。还有类似的酸洗、碱洗、醇洗等
中学阶段常见的化工流程
(1)饱和 NaCl溶液NaHCO3晶体Na2CO3
(2)废铁屑
FeSO4·7H2O(绿矾)
(3)铝矿石 滤液
Al(OH)3Al2O3Al
(4)海水Mg(OH)2MgCl2·6H2OMgCl2Mg
(5)Ｋ
(2017·高考全国卷Ⅲ，27，15分)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
回答下列问题：
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是__________________________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是______________，滤渣2的主要成分是____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是__________ (用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃ c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是______________。
(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为____________。
[解析] (1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子，而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知，滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，氢离子浓度越大(pH越小)，越有利于平衡正向移动，所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl，其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0＝×294 g·mol－1×10－3 kg·g－1＝ kg，所以产品的产率为×100%＝×100%。
[答案] (1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
(2)Fe Al(OH)3
(3)小 2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
(4)d 复分解反应
(5)×100%
[2016·高考全国卷Ⅲ，28(1)(3)(4)(5)(6)]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2～2.9
2.8～3.1
22～28
60～65
1～2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是__________。
(2)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_____________________________________。
(3)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈____________性(填“酸”“碱”或“中”)。
(4)“流出液”中阳离子最多的是________。
(5)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_______________________________________________。
解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)中和时，Fe3＋、Al3＋分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要成分。(3)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(4)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(5)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。
答案：(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O SiO2
(2)Fe(OH)3和Al(OH)3
(3)碱
(4)K＋
(5)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
解答无机化工流程试题的程序
(1)审题步骤
(2)解题思路,明确流程目的)→→→
工艺流程实验分析
1．(2018·唐山高三检测)硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。以下是某工厂用含铁废铜为原料生产胆矾(CuSO4·5H2O)的工艺流程示意图：
胆矾和石膏在不同温度下的溶解度(g/100 g水)见下表：
温度(℃)
20
40
60
80
100
石膏
0.32
0.26
0.15
0.11
0.07
胆矾
32
44.6
61.8
83.8
114
请回答下列问题：
(1)红棕色滤渣的主要成分是_________________________________________。
(2)写出浸出过程中生成硫酸铜的化学方程式：_____________________________。
(3)操作Ⅰ的温度应该控制在________℃左右。
(4)从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作Ⅱ应为__________________、洗涤、干燥。
(5)取样检验是为了确认Fe3＋是否除净，有的同学设计如下方案：取样于试管→滴加KSCN溶液。老师的评价是此方案不合理。请指出该方案存在的问题：_____________________。
(6)反应产物中的NO可以循环使用，试仅用一个化学方程式表示NO转化为HNO3的反应：______________________________。
解析：对比原料与产品可知，该生产的主要工序：一是除去原料中的杂质铁，二是利用溶解度数据分离石膏和胆矾。再进一步分析，由于目的是制胆矾，则投入的硝酸应反应完全；杂质铁应除去，除铁一般方法是将其氧化成Fe3＋，然后调节溶液pH使之水解完全形成Fe(OH)3沉淀。
答案：(1)Fe(OH)3 (2)3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O (3)100 (4)冷却结晶、过滤
(5)Cu2＋的蓝色对少量Fe3＋的检验有干扰 (6)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
2．过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)可用于改善地表水质、处理含重金属粒子废水、应急供氧等。实验室可用工业碳酸钙(含MgCO3、FeCO3杂质)制取纯净的碳酸钙，然后再用纯净的碳酸钙制取过氧化钙晶体，其主要流程如图所示：
请回答下列问题：
(1)写出反应①发生氧化还原反应的离子方程式：____________________________。操作Ⅰ用的玻璃仪器有_____________________。
(2)反应②生成CaO2·8H2O的化学反应方程式为______________________；反应②冰水控制温度在0 ℃左右的主要原因是______________________________________。
(3)已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O，测定产品中CaO2的含量的实验步骤如下：
第一步：准确称取a g产品放入锥形瓶中，再加入过量的b g KI晶体，加入适量蒸馏水溶解再滴入少量2 mol·L－1的H2SO4溶液，充分反应。
第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步：逐滴加入浓度为c mol·L－1的Na2S2O3溶液发生反应，滴定达到终点时出现的现象是_______________________________。若滴定消耗Na2S2O3溶液V mL，样品中CaO2的质量分数为________________________________(用字母表示)。
(4)已知过氧化钙加热至350 ℃左右开始分解放出氧气。将过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)在坩埚中加热逐渐升高温度，测得样品质量随温度的变化如图曲线所示，则350 ℃以上所得固体物质的化学式为________________。
解析：碳酸钙、碳酸镁与稀硝酸反应生成硝酸钙、硝酸镁与二氧化碳等，碳酸亚铁与稀硝酸反应生成硝酸铁、二氧化碳、NO等，溶液中加入浓氨水，镁离子、铁离子转化为氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤除去，滤液中加入碳酸铵将硝酸钙转化为碳酸钙，过滤分离得到碳酸钙，再与盐酸反应生成氯化钙，再加入过氧化氢、氨气反应得到CaO2，溶液冷却结晶得到CaO2·8H2O，副产品中含有氯化铵。
(1)反应①中只有FeCO3与硝酸反应是氧化还原反应，反应方程式为3FeCO3＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋3CO2↑＋5H2O；操作Ⅰ是过滤，需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒。
(2)该反应的反应物为CaCl2、H2O2、NH3、H2O，反应生成CaO2·8H2O与NH4Cl，反应方程式为CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O＋2NH4Cl；H2O2受热易分解，采用冰水控制温度在0 ℃左右，可以防止其分解，提高利用率，同时温度低能降低CaO2·8H2O的溶解度，提高产率。
(3)淀粉遇碘单质变蓝色，当滴入最后一滴Na2S2O3溶液时，溶液由蓝色变成无色，且30 s内不出现蓝色，说明滴定到达终点；根据电子转移守恒及题中反应方程式，可得关系式：CaO2～I2～2S2O，设样品中CaO2的质量分数为x，则：
CaO2 ～ 2S2O
72 g 2 mol
ax g (V×10－3) L×c mol·L－1
所以＝，
解得x＝×100%。
(4)固体由2.16 g加热到350 ℃变为0.56 g，在加热过程中固体中钙元素的量不变，剩余固体中n(Ca)＝ n(CaO2·8H2O)＝0.01 mol，m(Ca)＝0.01 mol×40 g/mol＝0.4 g，则剩余固体中m(O)＝0.56 g－0.4 g＝0.16 g，n(O)＝＝0.01 mol，n(Ca)∶n(O)＝1∶1，剩余固体的化学式为CaO。
答案：(1)3FeCO3＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋3CO2↑＋5H2O 漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O＋2NH4Cl 防止H2O2分解，提高其利用率(或降低CaO2·8H2O的溶解度，提高产率)
(3)溶液由蓝色变成无色，且30 s内不出现蓝色 ×100% (4)CaO
解答化工流程题的方法
(1)目标分析法
制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内和框外，里外结合；边分析，边思考，从易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。
(2)交叉分析法
有些化工生产选用多组原料，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原料生产所需的主要产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图分画成几条生产流水线，上下交叉分析。构成交叉分析的题型，提供的工艺流程中至少有三个因素(多组原料，中间产品，多种产品)和两条或多条生产流水线。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的有关联系，逐一破解。
(3)首尾分析法
对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中弄清将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的一系列问题也就可解答了。
[课后达标检测]
1．聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为
[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，广泛用于污水处理。实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)，制备过程如下所示：
(1)验证固体W焙烧后产生的气体中含有SO2的方法是_________________________。
(2)制备绿矾时，向溶液X中加入过量________，充分反应后，经________操作得到溶液Y，再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。
(3)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，用pH试纸测定溶液pH的操作方法为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数____________________(填“偏大”或“偏小”)。
解析：(1)利用SO2的漂白性来鉴别SO2。
(2)溶液X中有Fe3＋，欲制绿矾，应把Fe3＋转化为Fe2＋，所以要加过量的铁屑。
(3)用pH试纸测定溶液的pH，为了测定的准确性，应选用干燥、洁净的装置。若pH偏小，酸性过强，则形成的聚铁中OH－偏少，SO偏多，导致聚铁中铁的质量分数偏小。
答案：(1)将产生的气体通入盛有品红溶液的小试管中，若品红溶液褪色，加热能恢复原色，证明气体中含有SO2
(2)铁屑 过滤 (3)取一小块pH试纸，放在干燥、洁净的表面皿(或玻璃片)上，用干燥、洁净的玻璃棒蘸取待测溶液，滴到pH试纸上，然后与标准比色卡比较 偏小
2．利用化学原理可对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
(一)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO，可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体)。除去NO的离子方程式为________________________________________________________________________。
(二)某工厂对制铬工业污泥中Cr(Ⅲ)回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)：
常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
阳离子
Fe3＋
Fe2＋
Mg2＋
Al3＋
Cu2＋
Cr3＋
开始沉
淀时的pH
1.9
7.0
－
－
4.7
－
沉淀完
全时的pH
3.2
9.0
11.1
8.0
6.7
9.0(>9．0溶解)
(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是__________________________(至少写一条)。
(2)调pH＝8.0是为了除去________(填“Fe3＋”“Al3＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(3)钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是________(填“Fe3＋”“Al3＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(三)印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3溶液。腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：①____________________；②_____________________；③过滤。(提供的药品：Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu)
解析：(一)在碱性条件下用铝粉还原NO，根据题意知NO被还原的产物为NH3·H2O，铝元素被氧化成AlO，然后进行书写和配平。
(二)先对污泥处理过程作整体分析，过滤Ⅰ的目的是除去污泥中的不溶性杂质，然后用H2O2将难以沉淀的Fe2＋氧化成易沉淀的Fe3＋，在此过程中Cr3＋被氧化成Cr2O。再调节pH至8，通过对照阳离子沉淀pH表可知，此时Fe3＋和Al3＋完全沉淀，通过过滤Ⅱ后除去沉淀，溶液中还有杂质离子Ca2＋、Mg2＋，通过钠离子交换树脂可以除去，最后用SO2还原Cr2O得到最终的产物。
(三)欲除去CuCl2溶液中的Fe3＋和Fe2＋，必须先将Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再通过调节pH至3.2～4.7，可以将Fe3＋转化成Fe(OH)3沉淀而除去。为了不引入新的杂质，氧化时用Cl2，调节pH用CuO。
答案：(一)2Al＋OH－＋NO＋2H2O===2AlO＋NH3·H2O
(二)(1)升高温度、搅拌、过滤后再向滤渣中加入硫酸(多次浸取)、适当延长浸取时间(只要答出任意一点即可，其他合理答案也可)
(2)Fe3＋、Al3＋ (3)Ca2＋、Mg2＋
(三)通入足量Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋ 加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7
3．菱锰矿的主要成分是碳酸锰，还含有Fe2O3、FeO、CaO、MgO等成分。某化工厂用废盐酸(质量分数约为20%)与菱锰矿制备MnCl2·4H2O(106 ℃时失去一分子结晶水，198 ℃时失去全部结晶水)，部分工艺流程如下：
(1)盐酸与菱锰矿中的碳酸锰反应的化学方程式为___________________。
(2)酸浸取时，浸出时间对浸出率的影响如图所示，工业上采用的浸取时间是60 min，其可能的原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图中“净化剂X”可能是____________________。
(4)加入MnSO4后控制实验条件可析出含某种杂质离子的盐Y，盐Y的主要成分是________________。
(5)浓缩结晶时，一出现晶膜就必须立刻停止加热，其原因是____________________。
解析：菱锰矿溶于盐酸得到氯化锰、氯化铁、氯化亚铁、氯化钙、氯化镁等。加入氧化剂(如双氧水、氯水等)将氯化亚铁转化为氯化铁，控制溶液的酸度使Fe3＋完全沉淀。根据流程图提示，加入净化剂X使钙离子沉淀，钙离子通常以碳酸钙形式沉淀。加入硫酸锰粉末是为了除去镁离子：MnSO4＋MgCl2===MgSO4(晶体)＋MnCl2。最终产物是四水合氯化锰晶体，如果加热时间过长，晶体会失去一部分结晶水。
答案：(1)MnCO3＋2HCl===MnCl2＋CO2↑＋H2O
(2)由图可知浸取时间为60 min时浸出率出现第一个峰值，此后时间延长对浸出率没有明显影响，从提高生产效率的角度考虑，选择浸出时间为60 min较为合理
(3)碳酸锰
(4)MgSO4
(5)如果加热时间过长，晶体会失去一部分结晶水
4．(2018·石家庄高三模拟)某浅绿色晶体 X[x(NH4)2SO4·yFeSO4·zH2O]在分析化学上常用作还原剂。为确定其组成，某小组同学进行如下实验：
Ⅰ.NH的测定
采用蒸馏法，蒸馏装置如图所示(加热及夹持装置略)。
实验步骤如下：
①准确称取19.6 g晶体X，加水溶解，注入圆底烧瓶中；
②准确量取50.00 mL 1.010 0 mol·L－1 H2SO4溶液于锥形瓶中；
③向圆底烧瓶中加入足量NaOH溶液，加热蒸馏；
④用0.040 0 mol·L－1NaOH标准溶液滴定锥形瓶中过剩的酸，到终点时消耗NaOH标准溶液25.00 mL。
(1)步骤②中，准确量取H2SO4溶液所用的玻璃仪器为____________________。
(2)步骤③中，加热蒸馏时间需长达30分钟，其目的为______________________。
(3)步骤④中，若滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，则所测n(NH)的值将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
Ⅱ.SO的测定
采用重量分析法，实验步骤如下：
①另准确称取19.6 g晶体X于烧杯中，加水溶解，边搅拌边加入过量的 BaCl2溶液；
②用无灰滤纸(灰分质量很小，可忽略)过滤，洗涤沉淀3～4次；
③用滤纸包裹好沉淀取出，灼烧滤纸包至滤纸完全灰化；
④继续灼烧沉淀至恒重，得沉淀质量23.3 g。
(4)步骤①中，判断 BaCl2溶液已过量的实验操作和现象是_________________________
________________________________________________________________________。
(5)步骤②中，所用洗涤剂最合适的是________(填选项字母)。
A．冷水 B．稀硫酸 C．滤液
(6)步骤③灼烧操作中，除三脚架外，还需要用到下列仪器中的________(填选项字母)。
A．烧杯 B．坩埚 C．表面皿
D．泥三角 E．蒸发皿 F．酒精灯
(7)综合实验Ⅰ、Ⅱ，通过计算得出晶体X的化学式为__________________。
解析：Ⅰ.(1)酸性溶液用酸式滴定管量取，所以准确量取硫酸应该选用酸式滴定管。(2)晶体X与NaOH反应生成氨气，氨气易溶于水，加热可以使氨气完全逸出，被硫酸溶液完全吸收。(3)滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，则消耗的NaOH标准溶液的体积偏大，计算出与NaOH反应的硫酸的物质的量偏大，则与氨气反应的硫酸的物质的量偏小，所以计算得到的氨气的物质的量偏小。Ⅱ.(4)判断氯化钡是否过量，可以在上层清液中继续滴加氯化钡，若没有新的沉淀生成则说明溶液中没有硫酸根离子，即氯化钡已经过量。(5)用冷水洗涤可以减少固体的溶解，用硫酸洗涤会使沉淀上附着硫酸根离子，滤液中也含有硫酸根离子，所以不能用硫酸洗涤沉淀，应该选用冷水洗涤。(6)做灼烧的实验时，固体在坩埚中灼烧，用酒精灯加热，坩埚放置在有泥三角的三脚架上，所以用到的仪器为坩埚、三脚架、泥三角、酒精灯。(7)与NaOH反应的硫酸的物质的量为n(H2SO4)＝n(NaOH)＝×0.040 0 mol·L－1×0.025 0 L，与氨气反应的硫酸的物质的量为0.050 0 L×1.010 0 mol·L－1－×0.040 0 mol·L－1×0.025 0 L＝0.05 mol，则氨气的物质的量为n(NH3)＝2n(H2SO4)＝0.1 mol。准确称取19.6 g晶体X于烧杯中，加水溶解，边搅拌边加入过量的 BaCl2溶液，得到硫酸钡沉淀23.3 g，则n(SO)＝＝0.10 mol，由题意知，则x＋y＝2x，即x＝y。令x＝1，则×2＝0.1，则z＝6，即其化学式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O，令x＝2，则×4＝0.1，则z＝12，即其化学式与x＝1相同，综上可推知晶体X的化学式。
答案：(1)酸式滴定管 (2)将生成的NH3全部蒸出，被硫酸溶液完全吸收 (3)偏小 (4)待浊液分层后，在上层清液中加入1～2滴BaCl2溶液，无白色浑浊出现，则BaCl2溶液已过量 (5)A (6)BDF (7)(NH4)2SO4· FeSO4· 6H2O
5．(2015·高考浙江卷)某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。
实验(一) 碘含量的测定
取0.010 0 mol·L－1的AgNO3标准溶液装入滴定管，取100.00 mL海带浸取原液至滴定池，用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势(E)反映溶液中c(I－)的变化，部分数据如下表：
V(AgNO3)/mL
15.00
19.00
19.80
19.98
20.00
20.02
21.00
23.00
25.00
E/mV
－225
－200
－150
－100
50.0
175
275
300
325
实验(二) 碘的制取
另制海带浸取原液，甲、乙两种实验方案如下：
已知：3I2＋6NaOH===5NaI＋NaIO3＋3H2O。
请回答：
(1)实验(一)中的仪器名称：仪器A________，仪器B________________。
(2)①根据表中数据绘制滴定曲线：
②该次滴定终点时用去AgNO3溶液的体积为________mL，计算得海带中碘的百分含量为________%。
(3)①分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为_____________________________________
________________________________________________________________________。
②步骤X中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是_______________________________
________________________________________________________________________。
③下列有关步骤Y的说法，正确的是________。
A．应控制NaOH溶液的浓度和体积
B．将碘转化成离子进入水层
C．主要是除去海带浸取原液中的有机杂质
D．NaOH溶液可以由乙醇代替
④实验(二)中操作Z的名称是________。
(4)方案甲中采用蒸馏不合理，理由是_____________________________________。
解析：(1)实验(一)中干海带需要灼烧，故仪器A为坩埚，根据最后得到的含I－的溶液的体积可以判断仪器B(定容)为500 mL容量瓶。
(2)①根据表中的数据描点，连线即可得到对应的滴定曲线。
②根据滴定曲线，滴定突变在20.00 mL附近发生，故可判断AgNO3溶液的体积为20.00 mL，海带中碘的质量分数为w＝×100%＝0.635%。
(3)①分液漏斗使用前要检漏，主要是检验旋塞及玻璃塞处是否漏水，检查方法：向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水。
②用CCl4萃取后，CCl4的密度比水大，故有机层在下层，现象为溶液分层，上层几乎为无色，下层呈紫红色。
③A项，如果NaOH的浓度过大，导致使用的溶液太少，不利于溶液的分离，如果NaOH的浓度太小，导致溶液体积太大，不利于物质的浓缩，A项正确；B项，步骤Y加入NaOH溶液后I2转变为I－和IO，进入水层，B项正确；C项，加入NaOH溶液主要目的是与碘反应，将碘从四氯化碳层转移到水层，C项错误；D项，四氯化碳与乙醇互溶，不分层，无法提取碘，D项错误。
④碘在水溶液中的溶解度较小，因此可以通过过滤的方法分离碘和水。
(4)采用蒸馏不合理，主要是因为碘易升华，会导致碘的损失。
答案：(1)坩埚 500 mL容量瓶
(2)①
②20.00 0.635
(3)①向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水
②液体分上下两层，上层几乎无色，下层呈紫红色
③AB
④过滤
(4)碘易升华，会导致碘的损失
1．能预测或描述实验现象，分析或处理实验数据，得出合理结论。 2.实验基础知识的综合应用。
定量实验
[知识梳理]
常见的定量测定型实验题包括混合物成分的测定、物质纯度的测定以及化学式的确定等。该类试题常涉及物质的称量、物质的分离与提纯、中和滴定、一定物质的量浓度溶液的配制等实验操作。实验过程中或问题解答中要特别注意以下几个问题：
1．气体体积的测量
(1)量气装置的改进
(2)量气时应注意的问题
①量气时应保持装置处于室温状态。
②读数时要特别注意消除“压强差”，保持液面相平还要注意视线与液面最低处相平。如上图A、D应使左侧和右侧的液面高度保持相平。
2．测定实验中要有消除干扰气体的意识
如用“惰性”气体将干扰气体排出，或用溶液吸收干扰气体等。
3．测定实验中要有被测量气体全部被测量的意识
如可采取反应结束后继续向装置中通入“惰性”气体以使被测量气体全部被吸收剂吸收的方法。
4．测定实验中要有数据的采集处理意识
实验数据的采集是化学计算的基础，一般来讲，固体试剂称质量，而液体试剂和气体试剂测量体积。
(1)称量固体质量时，中学一般用托盘天平，可估读到0.1 g，精确度要求高的实验中可以用分析天平或电子天平，可精确到0.000 1 g。
(2)测量液体体积时，一般实验中选用适当规格的量筒，可估读到0.1 mL，准确度要求高的定量实验如中和滴定中选用滴定管(酸式或碱式)，可估读到0.01 mL。容量瓶作为精密的定容仪器，用于配制一定物质的量浓度的溶液，一般不用于量取液体的体积。
(3)气体除了量取外，还可以称量。称气体的质量时一般有两种方法：一种方法是称反应装置在放出气体前后的质量，计算其减小值；另一种方法是称吸收装置吸收气体前后的质量，计算其增大值。
(4)用pH试纸或pH计(精确到0.01)直接测出溶液的pH，经过计算可以得到溶液中H＋或OH－的物质的量浓度。为了数据的准确性，实验中要采取必要的措施，确保离子完全沉淀、气体完全被吸收等，必要时可以进行平行实验，重复测定，然后取其平均值进行计算。例如：中和滴定实验中测量酸或碱的体积要平行做2～3次滴定，取体积的平均值求算未知溶液的浓度，但对于“离群”数据(指与其他数据有很大差异的数据)要舍弃，因为数据“离群”的原因可能是操作中出现了较大的误差。
(1)数据的表格化
项目
实验编号
项目1
项目2
项目3
项目4…
1
2
3
①根据实验原理确定应记录的项目：所测的物理量。
②应注意数据的有效数字及单位和必要的注释。
③设计的表格要便于数据的查找、比较，便于数据的计算和进一步处理，便于反映数据间的联系。
(2)数据的图像化
图像化是用直线图或曲线图对化学实验结果加以处理的一种简明化形式。它适用于一个量的变化引起另一个量的变化的情况。图像化的最大特点是鲜明、直观、简单、明了。
(2017·高考全国卷Ⅲ，26，14分)绿矾是含有一定量结晶水的硫酸亚铁，在工农业生产中具有重要的用途。某化学兴趣小组对绿矾的一些性质进行探究。回答下列问题：
(1)在试管中加入少量绿矾样品，加水溶解，滴加KSCN溶液，溶液颜色无明显变化。再向试管中通入空气，溶液逐渐变红。由此可知：______________、______________。
(2)为测定绿矾中结晶水含量，将石英玻璃管(带两端开关K1和K2)(设为装置A)称重，记为m1 g。将样品装入石英玻璃管中，再次将装置A称重，记为m2 g。按下图连接好装置进行实验。
①仪器B的名称是____________。
②将下列实验操作步骤正确排序____________(填标号)；重复上述操作步骤，直至A恒重，记为m3 g。
a．点燃酒精灯，加热 b．熄灭酒精灯
c．关闭K1和K2 d．打开K1和K2，缓缓通入N2
e．称量A f．冷却到室温
③根据实验记录，计算绿矾化学式中结晶水数目x＝____________(列式表示)。若实验时按a、d次序操作，则使x________(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。
(3)为探究硫酸亚铁的分解产物，将(2)中已恒重的装置A接入下图所示的装置中，打开K1和K2，缓缓通入N2，加热。实验后反应管中残留固体为红色粉末。
①C、D中的溶液依次为________(填标号)。C、D中有气泡冒出，并可观察到的现象分别为_____________________。
a．品红 b．NaOH
c．BaCl2 d．Ba(NO3)2
e．浓H2SO4
②写出硫酸亚铁高温分解反应的化学方程式：______________________________
________________________________________________________________________。
[解析] (1)加入KSCN溶液，溶液颜色无明显变化，说明样品中不含三价铁；再向试管中通入空气，溶液逐渐变红，说明FeSO4易被空气中的氧气氧化。(2)①仪器B是干燥管。②根据实验目的及绿矾易被氧化的性质可知，实验时先打开K1和K2，缓缓通入N2排出装置中的空气，避免空气中的氧气将绿矾氧化；再点燃酒精灯进行加热；一段时间后熄灭酒精灯，冷却至室温，关闭K1和K2，再称量A。故正确的操作顺序是dabfce。③根据题意，绿矾样品的质量为(m2－m1) g，绿矾中结晶水的质量为(m2－m3) g，则FeSO4的质量为(m3－m1) g，故绿矾中FeSO4与H2O的物质的量之比为∶＝1∶，因此绿矾化学式中结晶水数目为。如果实验时按照a、d次序操作，则部分绿矾被氧化，导致m3增大，所以会偏小。(3)实验后残留的红色固体是氧化铁。根据氧化还原反应规律，反应中硫元素的化合价必然降低，生成二氧化硫。根据得失电子守恒和元素守恒可写出反应的化学方程式：2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑。由于三氧化硫极易溶于水且能与水反应生成硫酸，欲检验二氧化硫和三氧化硫，必须先用氯化钡溶液检验三氧化硫，再用品红溶液检验二氧化硫。
[答案] (1)样品中没有Fe(Ⅲ) Fe(Ⅱ)易被氧气氧化为 Fe(Ⅲ)
(2)①干燥管 ②dabfce ③ 偏小
(3)①c、a 生成白色沉淀、褪色
②2FeSO4Fe2O3＋SO2↑＋SO3↑
(2015·高考全国卷Ⅱ，28，15分)二氧化氯(ClO2，黄绿色易溶于水的气体)是高效、低毒的消毒剂。回答下列问题：
(1)工业上可用KClO3与Na2SO3在H2SO4存在下制得ClO2，该反应氧化剂与还原剂物质的量之比为________。
(2)实验室用NH4Cl、盐酸、NaClO2(亚氯酸钠)为原料，通过以下过程制备ClO2：
①电解时发生反应的化学方程式为___________________________。
②溶液X中大量存在的阴离子有________。
③除去ClO2中的NH3可选用的试剂是______________(填标号)。
a．水 b．碱石灰 c．浓硫酸 d．饱和食盐水
(3)用如图装置可以测定混合气中ClO2的含量：
Ⅰ.在锥形瓶中加入足量的碘化钾，用50 mL水溶解后，再加入3 mL稀硫酸；
Ⅱ.在玻璃液封装置中加入水，使液面没过玻璃液封管的管口；
Ⅲ.将一定量的混合气体通入锥形瓶中吸收；
Ⅳ.将玻璃液封装置中的水倒入锥形瓶中；
Ⅴ.用0.100 0 mol·L－1硫代硫酸钠标准溶液滴定锥形瓶中的溶液(I2＋2S2O===2I－＋S4O)，指示剂显示终点时共用去20.00 mL硫代硫酸钠溶液。在此过程中：
①锥形瓶内ClO2与碘化钾反应的离子方程式为________________________________。
②玻璃液封装置的作用是_______________________________。
③Ⅴ中加入的指示剂通常为________，滴定至终点的现象是_____________________。
④测得混合气中ClO2的质量为________g。
(4)用ClO2处理过的饮用水会含有一定量的亚氯酸盐。若要除去超标的亚氯酸盐，下列物质最适宜的是________(填标号)。
a．明矾 b．碘化钾
c．盐酸 d．硫酸亚铁
解析：(1)该反应中Cl由＋5价降低为＋4价，S由＋4价升高为＋6价，则KClO3为氧化剂，Na2SO3为还原剂。根据氧化还原反应中电子得失守恒可得：n(KClO3)×(5－4)＝n(Na2SO3)×(6－4)，则有n(KClO3)∶n(Na2SO3)＝2∶1。
(2)①由图可知，电解NH4Cl和盐酸混合溶液得到H2和NCl3，结合质量守恒和得失电子守恒写出电解时反应的化学方程式为NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3。
②由图可知，NCl3溶液中加入NaClO2溶液，得到ClO2和NH3及溶液X，N由＋3价降低为－3价，NaClO2中Cl由＋3价升高到＋4价，生成ClO2，Cl－未参与氧化还原反应，该反应的化学方程式为6NaClO2＋NCl3＋3H2O===6ClO2↑＋NH3↑＋3NaCl＋3NaOH，溶液呈碱性，故溶液X中含有大量的阴离子为Cl－和OH－。
③ClO2是酸性气体，NH3是碱性气体，除去ClO2中的NH3可选用酸性干燥剂，如浓H2SO4等。
(3)①ClO2具有氧化性，I－具有还原性，二者在酸性溶液中发生氧化还原反应，离子方程式为2ClO2＋10I－＋8H＋===5I2＋4H2O＋2Cl－。
②该实验中ClO2不一定被完全吸收，故玻璃液封管的作用是吸收残留的ClO2气体，同时防止生成的单质碘逸出。
③淀粉遇I2显蓝色，用Na2S2O3溶液滴定I2时，可选用淀粉溶液作指示剂，达到滴定终点时溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变。
④ClO2、I2和Na2S2O3间存在关系式：2ClO2～5I2～10Na2S2O3，则有n(ClO2)＝1/5n(Na2S2O3)＝1/5×0.100 0 mol·L－1×(20.00×10－3) L＝4×10－4 mol，m(ClO2)＝ 4×10－4 mol×67.5 g·mol－1＝0.027 00 g。
(4)利用亚氯酸盐的氧化性及FeSO4的还原性除去含有的亚氯酸盐。
答案：(1)2∶1
(2)①NH4Cl＋2HCl3H2↑＋NCl3 ②Cl－、OH－
③c
(3)①2ClO2＋10I－＋8H＋===5I2＋4H2O＋2Cl－
②吸收残余的二氧化氯气体(避免碘的逸出)
③淀粉溶液 溶液由蓝色变为无色，且半分钟内溶液颜色不再改变
④0.027 00
(4)d
定量实验题
(2017·高考全国卷Ⅰ，26，15分)凯氏定氮法是测定蛋白质中氮含量的经典方法，其原理是用浓硫酸在催化剂存在下将样品中有机氮转化成铵盐，利用如图所示装置处理铵盐，然后通过滴定测量。已知：NH3＋H3BO3===NH3·H3BO3；NH3·H3BO3＋HCl===NH4Cl＋H3BO3。
回答下列问题：
(1)a的作用是_____________________________________。
(2)b中放入少量碎瓷片的目的是_____________________________________。
f的名称是________________。
(3)清洗仪器：g中加蒸馏水；打开k1，关闭k2、k3，加热b，蒸气充满管路；停止加热，关闭k1，g中蒸馏水倒吸进入c，原因是__________________；打开k2放掉水。重复操作2～3次。
(4)仪器清洗后，g中加入硼酸(H3BO3)和指示剂。铵盐试样由d注入e，随后注入氢氧化钠溶液，用蒸馏水冲洗d，关闭k3，d中保留少量水。打开k1，加热b，使水蒸气进入e。
①d中保留少量水的目的是________________________________________。
②e中主要反应的离子方程式为______________________，e采用中空双层玻璃瓶的作用是_____________。
(5)取某甘氨酸(C2H5NO2)样品m克进行测定，滴定g中吸收液时消耗浓度为c mol·L－1的盐酸 V mL，则样品中氮的质量分数为____________%，样品的纯度≤________%。
解析：(1)导管a与大气相通，其作用是避免烧瓶内气压过大，发生危险。(2)加热液体时加入碎瓷片，其作用是防止液体暴沸。冷凝管有直形冷凝管和球形冷凝管等，要指明。(3)停止加热，瓶内水蒸气冷凝，气体压强减小，会引起g中液体倒吸入c中，利用蒸馏水倒吸来洗涤仪器e、f。(4)①止水夹k3处可能漏气，导致测定的N元素质量分数偏低，故d中保留少量水起液封作用，防止氨气逸出。②e中发生的主要反应是铵盐与氢氧化钠反应，需要加热，使氨气全部逸出。“中空双层玻璃瓶”考生比较陌生，可以联想平时生活中保温玻璃瓶来分析问题。(5)n(N)＝n(NH3)＝n(HCl)＝ mol，w(N)＝×100%＝%。C2H5NO2的相对分子质量为75，w(C2H5NO2)＝%×＝%。
答案：(1)避免b中压强过大
(2)防止暴沸 直形冷凝管
(3)c中温度下降，管路中形成负压
(4)①液封，防止氨气逸出
②NH＋OH－NH3↑＋H2O 保温使氨完全蒸出
(5)
实验数据筛选的一般方法和思路
实验所得的数据，可分为有用、有效数据，正确、合理数据，错误、无效数据，及无用、多余数据等。能从大量的实验数据中找出有用、有效、正确、合理的数据是实验数据分析处理题的一个重要能力考查点，也是近年来命题变化的一个重要方向。对实验数据筛选的一般方法和思路为“五看”：
一看数据是否符合测量仪器的精度特点，如用托盘天平测得的质量的精确度为0.1 g，若数值超过了这个范围，说明所得数据是无效的；
二看数据是否在误差允许范围内，若所得的数据明显超出误差允许范围，要舍去；
三看反应是否完全，是否是过量反应物作用下所得的数据，只有完全反应时所得的数据，才能进行有效处理和应用；
四看所得数据的测试环境是否一致，特别是气体体积数据，只有在温度、压强一致的情况下才能进行比较、运算；
五看数据测量过程是否规范、合理，错误和违反测量规则的数据需要舍去。
工艺流程实验分析
[知识梳理]
1．无机化工流程题的主线
化学工艺流程题就是把化工生产过程中的重要生产工序和主要流程，用框图形式表示出来，并围绕生产流程中涉及的有关化学知识和原理设置问题，形成与化工生产紧密联系的化学工艺试题。其流程主线可表示为
→→→→
2．无机化工流程题的结构
化学工艺流程题的结构分为题引、题干和题设三部分。
(1)题引就是用引导性的语言，简单介绍该工艺生产的目的、原料、产品，有时还提供相关表格、图像等参考数据或信息；
(2)题干主要是用框图形式将原料到产品的主要生产工艺流程表示出来；
(3)题设是根据生产过程中涉及的化学知识设计成系列问题，要求考生依据化学原理进行分析解答。
3．无机化工流程题的特点
(1)试题源于社会实际，充分利用生产、生活中的鲜活实例为载体，使问题情境真实，体现化学学科与工业生产和日常生活的紧密联系，能激发学生学习化学的兴趣。
(2)以解决化学实际问题作思路进行设问，考查学生运用化学反应原理及相关知识解决化工生产中实际问题的能力，培养学生理论联系实际、学以致用的学习品质。
(3)试题内容丰富，涉及的化学知识面广、综合性强、思考容量大，考查学生化学知识的掌握情况和应用化学知识解决有关问题的能力。
(4)试题新颖，信息阅读量大，考查学生的阅读能力、资料收集处理能力和知识迁移能力。
4．工艺流程术语与操作
(1)常见操作或名词
研磨、雾化
将块状或颗粒状的物质磨成粉末状或将液体雾化，增大接触面积，提高反应速率，使反应充分进行
浸取
固体加入溶剂或溶液使其中可溶性物质溶解，包括水浸取、酸溶、碱溶、醇溶等
浸取率
固体加入溶剂或溶液后，溶解出的物质的百分率
酸化、碱化
加入酸(硫酸、硝酸等)、碱使溶液呈一定的酸、碱性，类似还有“氨化”是指通入氨气或加入氨水碱化
煅烧
在高温下灼烧使固体分解、反应或改变晶体结构
表面处理
含义很多，如用水洗除去表面可溶性杂质，金属晶体可用机械法(打磨)或化学法除去表面氧化物、提高光洁度等
(2)通常用到的表述词汇和所要考虑的答题角度
表述词汇
答题角度
加过量试剂
反应进行完全或增大转化率、产率等
溶液呈酸(碱)性
电离或水解产生H＋或OH－，是否促进或抑制电离或水解等
利用率
经济性或成本、环保性等
在某气体中
考虑气体是否参与反应，是否需要达到防氧化、水解、潮解等目的
控制pH
防水解(促水解)、促沉淀等
用特殊溶剂清洗
降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等
酸作用
溶解、去氧化物(膜)、调节pH促进水解(沉淀)
碱作用
去铝片氧化膜，溶解铝、二氧化硅，调节pH抑制水解(沉淀)，去油污
氧化剂
氧化某物质，转化为易于被除去(沉淀)的离子，如H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋
温度控制在
某范围(水浴
或油浴)
①控制反应速率或固体的溶解；②防止高温时会溶解、分解或挥发；③催化剂活性最好；④为了使某物质达到沸点挥发出来；⑤控制副反应发生；⑥控制化学反应的方向；⑦对于某些工艺，降温(减压)可以减少能源成本，降低设备要求
(3)化工生产的主要实验操作
过滤
固、液分离
滴定
定量测定，可用于某物质的物质的量浓度的测定
煮沸
促进水解，聚沉后有利于过滤分离；除去溶解在溶液中的气体，如氧气
趁热过滤
为了防止被过滤的溶液在常温下析出晶体，所以保持溶液在热的时候过滤
蒸发结晶
蒸发溶剂，使溶液由不饱和变为饱和，继续蒸发，过剩的溶质就会呈晶体析出
蒸发浓缩
蒸发除去部分溶剂，提高溶液的浓度
水洗
用水洗去可溶性杂质。还有类似的酸洗、碱洗、醇洗等
中学阶段常见的化工流程
(1)饱和 NaCl溶液NaHCO3晶体Na2CO3
(2)废铁屑
FeSO4·7H2O(绿矾)
(3)铝矿石 滤液
Al(OH)3Al2O3Al
(4)海水Mg(OH)2MgCl2·6H2OMgCl2Mg
(5)Ｋ
(2017·高考全国卷Ⅲ，27，15分)重铬酸钾是一种重要的化工原料，一般由铬铁矿制备，铬铁矿的主要成分为FeO·Cr2O3，还含有硅、铝等杂质。制备流程如图所示：
回答下列问题：
(1)步骤①的主要反应为
FeO·Cr2O3＋Na2CO3＋NaNO3Na2CrO4＋Fe2O3＋CO2＋NaNO2
上述反应配平后FeO·Cr2O3与NaNO3的系数比为________。该步骤不能使用陶瓷容器，原因是__________________________________。
(2)滤渣1中含量最多的金属元素是______________，滤渣2的主要成分是____________及含硅杂质。
(3)步骤④调滤液2的pH使之变________(填“大”或“小”)，原因是__________ (用离子方程式表示)。
(4)有关物质的溶解度如图所示。向“滤液3”中加入适量KCl，蒸发浓缩，冷却结晶，过滤得到K2Cr2O7固体。冷却到________(填标号)得到的K2Cr2O7固体产品最多。
a．80 ℃ b．60 ℃ c．40 ℃ d．10 ℃
步骤⑤的反应类型是______________。
(5)某工厂用m1 kg 铬铁矿粉(含Cr2O3 40%)制备K2Cr2O7，最终得到产品m2 kg，产率为____________。
[解析] (1)1 mol FeO·Cr2O3参与反应共失去7 mol电子，而1 mol NaNO3参与反应得到2 mol电子，根据得失电子守恒，二者的系数比为2∶7。由于高温下碳酸钠能与陶瓷中的二氧化硅发生反应，所以该步骤不能使用陶瓷容器。(2)步骤①中生成的氧化铁因不溶于水而进入滤渣1，所以滤渣1中含量最多的金属元素是Fe。结合流程图可知，滤渣2的主要成分是氢氧化铝及含硅杂质。(3)滤液2中存在平衡：2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O，氢离子浓度越大(pH越小)，越有利于平衡正向移动，所以步骤④应调节滤液2的pH使之变小。(4)根据题图，可知温度越低，K2Cr2O7的溶解度越小，析出的重铬酸钾固体越多，故d项正确。步骤⑤中发生的反应为Na2Cr2O7＋2KCl===K2Cr2O7↓＋2NaCl，其属于复分解反应。(5)该铬铁矿粉中Cr2O3的物质的量为，根据Cr元素守恒可求得K2Cr2O7的理论质量m0＝×294 g·mol－1×10－3 kg·g－1＝ kg，所以产品的产率为×100%＝×100%。
[答案] (1)2∶7 陶瓷在高温下会与Na2CO3反应
(2)Fe Al(OH)3
(3)小 2CrO＋2H＋Cr2O＋H2O
(4)d 复分解反应
(5)×100%
[2016·高考全国卷Ⅲ，28(1)(3)(4)(5)(6)]以硅藻土为载体的五氧化二钒(V2O5)是接触法生产硫酸的催化剂。从废钒催化剂中回收V2O5既避免污染环境又有利于资源综合利用。废钒催化剂的主要成分为
物质
V2O5
V2O4
K2SO4
SiO2
Fe2O3
Al2O3
质量分数/%
2.2～2.9
2.8～3.1
22～28
60～65
1～2
<1
以下是一种废钒催化剂回收工艺路线：
回答下列问题：
(1)“酸浸”时V2O5转化为VO，反应的离子方程式为_________________，同时V2O4转化成VO2＋。“废渣1”的主要成分是__________。
(2)“中和”作用之一是使钒以V4O形式存在于溶液中。“废渣2”中含有_____________________________________。
(3)“离子交换”和“洗脱”可简单表示为4ROH＋V4OR4V4O12＋4OH－(ROH为强碱性阴离子交换树脂)。为了提高洗脱效率，淋洗液应该呈____________性(填“酸”“碱”或“中”)。
(4)“流出液”中阳离子最多的是________。
(5)“沉钒”得到偏钒酸铵(NH4VO3)沉淀，写出“煅烧”中发生反应的化学方程式：_______________________________________________。
解析：(1)反应过程中V的化合价不变，所以是复分解反应。注意V2O5在离子方程式中不能拆开；废钒催化剂中，只有二氧化硅不溶于硫酸，成为废渣1的主要成分。(2)中和时，Fe3＋、Al3＋分别转化为难溶的Fe(OH)3和Al(OH)3，成为废渣2的主要成分。(3)为提高洗脱效率，需使题中所述平衡逆向移动。根据平衡移动原理，碱性越强越有利于平衡逆向移动，所以淋洗液应该呈碱性。(4)经过“离子交换”，钒以R4V4O12形式存在，而铁、铝则在“中和”过程中转化为沉淀，所以“流出液”中最多的阳离子是钾离子。(5)由NH4VO3转化为V2O5，V的化合价未发生变化，该反应为非氧化还原反应，所以N的化合价仍为－3，一种生成物是NH3，另一种生成物必定是H2O。
答案：(1)V2O5＋2H＋===2VO＋H2O SiO2
(2)Fe(OH)3和Al(OH)3
(3)碱
(4)K＋
(5)2NH4VO3V2O5＋2NH3↑＋H2O↑
解答无机化工流程试题的程序
(1)审题步骤
(2)解题思路,明确流程目的)→→→
工艺流程实验分析
1．(2018·唐山高三检测)硫酸铜是一种应用极其广泛的化工原料。以下是某工厂用含铁废铜为原料生产胆矾(CuSO4·5H2O)的工艺流程示意图：
胆矾和石膏在不同温度下的溶解度(g/100 g水)见下表：
温度(℃)
20
40
60
80
100
石膏
0.32
0.26
0.15
0.11
0.07
胆矾
32
44.6
61.8
83.8
114
请回答下列问题：
(1)红棕色滤渣的主要成分是_________________________________________。
(2)写出浸出过程中生成硫酸铜的化学方程式：_____________________________。
(3)操作Ⅰ的温度应该控制在________℃左右。
(4)从溶液中分离出硫酸铜晶体的操作Ⅱ应为__________________、洗涤、干燥。
(5)取样检验是为了确认Fe3＋是否除净，有的同学设计如下方案：取样于试管→滴加KSCN溶液。老师的评价是此方案不合理。请指出该方案存在的问题：_____________________。
(6)反应产物中的NO可以循环使用，试仅用一个化学方程式表示NO转化为HNO3的反应：______________________________。
解析：对比原料与产品可知，该生产的主要工序：一是除去原料中的杂质铁，二是利用溶解度数据分离石膏和胆矾。再进一步分析，由于目的是制胆矾，则投入的硝酸应反应完全；杂质铁应除去，除铁一般方法是将其氧化成Fe3＋，然后调节溶液pH使之水解完全形成Fe(OH)3沉淀。
答案：(1)Fe(OH)3 (2)3Cu＋2HNO3＋3H2SO4===3CuSO4＋2NO↑＋4H2O (3)100 (4)冷却结晶、过滤
(5)Cu2＋的蓝色对少量Fe3＋的检验有干扰 (6)4NO＋3O2＋2H2O===4HNO3
2．过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)可用于改善地表水质、处理含重金属粒子废水、应急供氧等。实验室可用工业碳酸钙(含MgCO3、FeCO3杂质)制取纯净的碳酸钙，然后再用纯净的碳酸钙制取过氧化钙晶体，其主要流程如图所示：
请回答下列问题：
(1)写出反应①发生氧化还原反应的离子方程式：____________________________。操作Ⅰ用的玻璃仪器有_____________________。
(2)反应②生成CaO2·8H2O的化学反应方程式为______________________；反应②冰水控制温度在0 ℃左右的主要原因是______________________________________。
(3)已知：I2＋2S2O===2I－＋S4O，测定产品中CaO2的含量的实验步骤如下：
第一步：准确称取a g产品放入锥形瓶中，再加入过量的b g KI晶体，加入适量蒸馏水溶解再滴入少量2 mol·L－1的H2SO4溶液，充分反应。
第二步：向上述锥形瓶中加入几滴淀粉溶液。
第三步：逐滴加入浓度为c mol·L－1的Na2S2O3溶液发生反应，滴定达到终点时出现的现象是_______________________________。若滴定消耗Na2S2O3溶液V mL，样品中CaO2的质量分数为________________________________(用字母表示)。
(4)已知过氧化钙加热至350 ℃左右开始分解放出氧气。将过氧化钙晶体(CaO2·8H2O)在坩埚中加热逐渐升高温度，测得样品质量随温度的变化如图曲线所示，则350 ℃以上所得固体物质的化学式为________________。
解析：碳酸钙、碳酸镁与稀硝酸反应生成硝酸钙、硝酸镁与二氧化碳等，碳酸亚铁与稀硝酸反应生成硝酸铁、二氧化碳、NO等，溶液中加入浓氨水，镁离子、铁离子转化为氢氧化镁、氢氧化铁沉淀，过滤除去，滤液中加入碳酸铵将硝酸钙转化为碳酸钙，过滤分离得到碳酸钙，再与盐酸反应生成氯化钙，再加入过氧化氢、氨气反应得到CaO2，溶液冷却结晶得到CaO2·8H2O，副产品中含有氯化铵。
(1)反应①中只有FeCO3与硝酸反应是氧化还原反应，反应方程式为3FeCO3＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋3CO2↑＋5H2O；操作Ⅰ是过滤，需要的玻璃仪器有漏斗、烧杯、玻璃棒。
(2)该反应的反应物为CaCl2、H2O2、NH3、H2O，反应生成CaO2·8H2O与NH4Cl，反应方程式为CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O＋2NH4Cl；H2O2受热易分解，采用冰水控制温度在0 ℃左右，可以防止其分解，提高利用率，同时温度低能降低CaO2·8H2O的溶解度，提高产率。
(3)淀粉遇碘单质变蓝色，当滴入最后一滴Na2S2O3溶液时，溶液由蓝色变成无色，且30 s内不出现蓝色，说明滴定到达终点；根据电子转移守恒及题中反应方程式，可得关系式：CaO2～I2～2S2O，设样品中CaO2的质量分数为x，则：
CaO2 ～ 2S2O
72 g 2 mol
ax g (V×10－3) L×c mol·L－1
所以＝，
解得x＝×100%。
(4)固体由2.16 g加热到350 ℃变为0.56 g，在加热过程中固体中钙元素的量不变，剩余固体中n(Ca)＝ n(CaO2·8H2O)＝0.01 mol，m(Ca)＝0.01 mol×40 g/mol＝0.4 g，则剩余固体中m(O)＝0.56 g－0.4 g＝0.16 g，n(O)＝＝0.01 mol，n(Ca)∶n(O)＝1∶1，剩余固体的化学式为CaO。
答案：(1)3FeCO3＋10H＋＋NO===3Fe3＋＋NO↑＋3CO2↑＋5H2O 漏斗、烧杯、玻璃棒
(2)CaCl2＋H2O2＋2NH3＋8H2O===CaO2·8H2O＋2NH4Cl 防止H2O2分解，提高其利用率(或降低CaO2·8H2O的溶解度，提高产率)
(3)溶液由蓝色变成无色，且30 s内不出现蓝色 ×100% (4)CaO
解答化工流程题的方法
(1)目标分析法
制备类工艺流程题一般由多步连续的操作组成，每一步操作都有其具体的目标、任务。审题的重点要放在与题设有关操作的目标、任务上，分析时要从成本角度(原料是否廉价易得)、环保角度(是否符合绿色化学的要求)、现实角度等方面考虑；解答时要看框内和框外，里外结合；边分析，边思考，从易处着手；先局部，后全盘，逐步深入。而且还要看清问题，不能答非所问。要求用理论回答的试题应采用“四段论法”：本题改变了什么条件(或是什么条件)→根据什么理论→所以有什么变化→结论。
(2)交叉分析法
有些化工生产选用多组原料，事先合成一种或几种中间产品，再用这一中间产品与部分其他原料生产所需的主要产品。以这种工艺生产方式设计的工艺流程题，为了便于分析掌握生产流程的原理，方便解题，最简单的方法，就是将提供的工艺流程示意图分画成几条生产流水线，上下交叉分析。构成交叉分析的题型，提供的工艺流程中至少有三个因素(多组原料，中间产品，多种产品)和两条或多条生产流水线。利用交叉分析法解工艺流程题的关键，在于找准中间产品(因为有时会出现多种中间产品)和流水生产的分线，在分析过程中，抓住中间物质的有关联系，逐一破解。
(3)首尾分析法
对一些线型流程工艺(从原料到产品为一条龙生产工序)试题，首先对比分析生产流程示意图中的第一种物质(原材料)与最后一种物质(产品)，从对比分析中找出原料与产品之间的关系，弄清生产流程过程中原料转化为产品的基本原理和除杂、分离提纯产品的化工工艺，然后再结合题设的问题，逐一推敲解答。关键在于认真对比分析原料与产品的组成，从中弄清将原料转化为产品和除去原材料中所包含的杂质的基本原理和所采用的工艺生产措施。当把生产的主线弄清楚了，围绕生产主线所设计的一系列问题也就可解答了。
[课后达标检测]
1．聚合硫酸铁又称聚铁，化学式为
[Fe2(OH)n(SO4)3－0.5n]m，广泛用于污水处理。实验室利用硫酸厂烧渣(主要成分为铁的氧化物及少量FeS、SiO2等)制备聚铁和绿矾(FeSO4·7H2O)，制备过程如下所示：
(1)验证固体W焙烧后产生的气体中含有SO2的方法是_________________________。
(2)制备绿矾时，向溶液X中加入过量________，充分反应后，经________操作得到溶液Y，再经浓缩、结晶等步骤得到绿矾。
(3)溶液Z的pH影响聚铁中铁的质量分数，用pH试纸测定溶液pH的操作方法为________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
若溶液Z的pH偏小，将导致聚铁中铁的质量分数____________________(填“偏大”或“偏小”)。
解析：(1)利用SO2的漂白性来鉴别SO2。
(2)溶液X中有Fe3＋，欲制绿矾，应把Fe3＋转化为Fe2＋，所以要加过量的铁屑。
(3)用pH试纸测定溶液的pH，为了测定的准确性，应选用干燥、洁净的装置。若pH偏小，酸性过强，则形成的聚铁中OH－偏少，SO偏多，导致聚铁中铁的质量分数偏小。
答案：(1)将产生的气体通入盛有品红溶液的小试管中，若品红溶液褪色，加热能恢复原色，证明气体中含有SO2
(2)铁屑 过滤 (3)取一小块pH试纸，放在干燥、洁净的表面皿(或玻璃片)上，用干燥、洁净的玻璃棒蘸取待测溶液，滴到pH试纸上，然后与标准比色卡比较 偏小
2．利用化学原理可对工厂排放的废水、废渣等进行有效检测与合理处理。
(一)染料工业排放的废水中含有大量有毒的NO，可以在碱性条件下加入铝粉除去(加热处理后的废水会产生能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体)。除去NO的离子方程式为________________________________________________________________________。
(二)某工厂对制铬工业污泥中Cr(Ⅲ)回收与再利用工艺如下(硫酸浸取液中金属离子主要是Cr3＋，其次是Fe3＋、Fe2＋、Al3＋、Ca2＋、Mg2＋)：
常温下部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
阳离子
Fe3＋
Fe2＋
Mg2＋
Al3＋
Cu2＋
Cr3＋
开始沉
淀时的pH
1.9
7.0
－
－
4.7
－
沉淀完
全时的pH
3.2
9.0
11.1
8.0
6.7
9.0(>9．0溶解)
(1)酸浸时，为了提高浸取率可采取的措施是__________________________(至少写一条)。
(2)调pH＝8.0是为了除去________(填“Fe3＋”“Al3＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(3)钠离子交换树脂的原理为Mn＋＋nNaR―→MRn＋nNa＋，被交换的杂质离子是________(填“Fe3＋”“Al3＋”“Ca2＋”或“Mg2＋”)。
(三)印刷电路铜板腐蚀剂常用FeCl3溶液。腐蚀铜板后的混合溶液中，若Cu2＋、Fe3＋和Fe2＋的浓度均为0.10 mol·L－1，请参照上表给出的数据和提供的药品，简述除去CuCl2溶液中Fe3＋和Fe2＋的实验步骤：①____________________；②_____________________；③过滤。(提供的药品：Cl2、浓H2SO4、NaOH溶液、CuO、Cu)
解析：(一)在碱性条件下用铝粉还原NO，根据题意知NO被还原的产物为NH3·H2O，铝元素被氧化成AlO，然后进行书写和配平。
(二)先对污泥处理过程作整体分析，过滤Ⅰ的目的是除去污泥中的不溶性杂质，然后用H2O2将难以沉淀的Fe2＋氧化成易沉淀的Fe3＋，在此过程中Cr3＋被氧化成Cr2O。再调节pH至8，通过对照阳离子沉淀pH表可知，此时Fe3＋和Al3＋完全沉淀，通过过滤Ⅱ后除去沉淀，溶液中还有杂质离子Ca2＋、Mg2＋，通过钠离子交换树脂可以除去，最后用SO2还原Cr2O得到最终的产物。
(三)欲除去CuCl2溶液中的Fe3＋和Fe2＋，必须先将Fe2＋氧化成Fe3＋，然后再通过调节pH至3.2～4.7，可以将Fe3＋转化成Fe(OH)3沉淀而除去。为了不引入新的杂质，氧化时用Cl2，调节pH用CuO。
答案：(一)2Al＋OH－＋NO＋2H2O===2AlO＋NH3·H2O
(二)(1)升高温度、搅拌、过滤后再向滤渣中加入硫酸(多次浸取)、适当延长浸取时间(只要答出任意一点即可，其他合理答案也可)
(2)Fe3＋、Al3＋ (3)Ca2＋、Mg2＋
(三)通入足量Cl2将Fe2＋氧化成Fe3＋ 加入CuO调节溶液的pH至3.2～4.7
3．菱锰矿的主要成分是碳酸锰，还含有Fe2O3、FeO、CaO、MgO等成分。某化工厂用废盐酸(质量分数约为20%)与菱锰矿制备MnCl2·4H2O(106 ℃时失去一分子结晶水，198 ℃时失去全部结晶水)，部分工艺流程如下：
(1)盐酸与菱锰矿中的碳酸锰反应的化学方程式为___________________。
(2)酸浸取时，浸出时间对浸出率的影响如图所示，工业上采用的浸取时间是60 min，其可能的原因是_____________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)图中“净化剂X”可能是____________________。
(4)加入MnSO4后控制实验条件可析出含某种杂质离子的盐Y，盐Y的主要成分是________________。
(5)浓缩结晶时，一出现晶膜就必须立刻停止加热，其原因是____________________。
解析：菱锰矿溶于盐酸得到氯化锰、氯化铁、氯化亚铁、氯化钙、氯化镁等。加入氧化剂(如双氧水、氯水等)将氯化亚铁转化为氯化铁，控制溶液的酸度使Fe3＋完全沉淀。根据流程图提示，加入净化剂X使钙离子沉淀，钙离子通常以碳酸钙形式沉淀。加入硫酸锰粉末是为了除去镁离子：MnSO4＋MgCl2===MgSO4(晶体)＋MnCl2。最终产物是四水合氯化锰晶体，如果加热时间过长，晶体会失去一部分结晶水。
答案：(1)MnCO3＋2HCl===MnCl2＋CO2↑＋H2O
(2)由图可知浸取时间为60 min时浸出率出现第一个峰值，此后时间延长对浸出率没有明显影响，从提高生产效率的角度考虑，选择浸出时间为60 min较为合理
(3)碳酸锰
(4)MgSO4
(5)如果加热时间过长，晶体会失去一部分结晶水
4．(2018·石家庄高三模拟)某浅绿色晶体 X[x(NH4)2SO4·yFeSO4·zH2O]在分析化学上常用作还原剂。为确定其组成，某小组同学进行如下实验：
Ⅰ.NH的测定
采用蒸馏法，蒸馏装置如图所示(加热及夹持装置略)。
实验步骤如下：
①准确称取19.6 g晶体X，加水溶解，注入圆底烧瓶中；
②准确量取50.00 mL 1.010 0 mol·L－1 H2SO4溶液于锥形瓶中；
③向圆底烧瓶中加入足量NaOH溶液，加热蒸馏；
④用0.040 0 mol·L－1NaOH标准溶液滴定锥形瓶中过剩的酸，到终点时消耗NaOH标准溶液25.00 mL。
(1)步骤②中，准确量取H2SO4溶液所用的玻璃仪器为____________________。
(2)步骤③中，加热蒸馏时间需长达30分钟，其目的为______________________。
(3)步骤④中，若滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，则所测n(NH)的值将________(填“偏大”“偏小”或“不变”)。
Ⅱ.SO的测定
采用重量分析法，实验步骤如下：
①另准确称取19.6 g晶体X于烧杯中，加水溶解，边搅拌边加入过量的 BaCl2溶液；
②用无灰滤纸(灰分质量很小，可忽略)过滤，洗涤沉淀3～4次；
③用滤纸包裹好沉淀取出，灼烧滤纸包至滤纸完全灰化；
④继续灼烧沉淀至恒重，得沉淀质量23.3 g。
(4)步骤①中，判断 BaCl2溶液已过量的实验操作和现象是_________________________
________________________________________________________________________。
(5)步骤②中，所用洗涤剂最合适的是________(填选项字母)。
A．冷水 B．稀硫酸 C．滤液
(6)步骤③灼烧操作中，除三脚架外，还需要用到下列仪器中的________(填选项字母)。
A．烧杯 B．坩埚 C．表面皿
D．泥三角 E．蒸发皿 F．酒精灯
(7)综合实验Ⅰ、Ⅱ，通过计算得出晶体X的化学式为__________________。
解析：Ⅰ.(1)酸性溶液用酸式滴定管量取，所以准确量取硫酸应该选用酸式滴定管。(2)晶体X与NaOH反应生成氨气，氨气易溶于水，加热可以使氨气完全逸出，被硫酸溶液完全吸收。(3)滴定前滴定管尖嘴有气泡，滴定后气泡消失，则消耗的NaOH标准溶液的体积偏大，计算出与NaOH反应的硫酸的物质的量偏大，则与氨气反应的硫酸的物质的量偏小，所以计算得到的氨气的物质的量偏小。Ⅱ.(4)判断氯化钡是否过量，可以在上层清液中继续滴加氯化钡，若没有新的沉淀生成则说明溶液中没有硫酸根离子，即氯化钡已经过量。(5)用冷水洗涤可以减少固体的溶解，用硫酸洗涤会使沉淀上附着硫酸根离子，滤液中也含有硫酸根离子，所以不能用硫酸洗涤沉淀，应该选用冷水洗涤。(6)做灼烧的实验时，固体在坩埚中灼烧，用酒精灯加热，坩埚放置在有泥三角的三脚架上，所以用到的仪器为坩埚、三脚架、泥三角、酒精灯。(7)与NaOH反应的硫酸的物质的量为n(H2SO4)＝n(NaOH)＝×0.040 0 mol·L－1×0.025 0 L，与氨气反应的硫酸的物质的量为0.050 0 L×1.010 0 mol·L－1－×0.040 0 mol·L－1×0.025 0 L＝0.05 mol，则氨气的物质的量为n(NH3)＝2n(H2SO4)＝0.1 mol。准确称取19.6 g晶体X于烧杯中，加水溶解，边搅拌边加入过量的 BaCl2溶液，得到硫酸钡沉淀23.3 g，则n(SO)＝＝0.10 mol，由题意知，则x＋y＝2x，即x＝y。令x＝1，则×2＝0.1，则z＝6，即其化学式为(NH4)2SO4·FeSO4·6H2O，令x＝2，则×4＝0.1，则z＝12，即其化学式与x＝1相同，综上可推知晶体X的化学式。
答案：(1)酸式滴定管 (2)将生成的NH3全部蒸出，被硫酸溶液完全吸收 (3)偏小 (4)待浊液分层后，在上层清液中加入1～2滴BaCl2溶液，无白色浑浊出现，则BaCl2溶液已过量 (5)A (6)BDF (7)(NH4)2SO4· FeSO4· 6H2O
5．(2015·高考浙江卷)某学习小组按如下实验流程探究海带中碘含量的测定和碘的制取。
实验(一) 碘含量的测定
取0.010 0 mol·L－1的AgNO3标准溶液装入滴定管，取100.00 mL海带浸取原液至滴定池，用电势滴定法测定碘含量。测得的电动势(E)反映溶液中c(I－)的变化，部分数据如下表：
V(AgNO3)/mL
15.00
19.00
19.80
19.98
20.00
20.02
21.00
23.00
25.00
E/mV
－225
－200
－150
－100
50.0
175
275
300
325
实验(二) 碘的制取
另制海带浸取原液，甲、乙两种实验方案如下：
已知：3I2＋6NaOH===5NaI＋NaIO3＋3H2O。
请回答：
(1)实验(一)中的仪器名称：仪器A________，仪器B________________。
(2)①根据表中数据绘制滴定曲线：
②该次滴定终点时用去AgNO3溶液的体积为________mL，计算得海带中碘的百分含量为________%。
(3)①分液漏斗使用前须检漏，检漏方法为_____________________________________
________________________________________________________________________。
②步骤X中，萃取后分液漏斗内观察到的现象是_______________________________
________________________________________________________________________。
③下列有关步骤Y的说法，正确的是________。
A．应控制NaOH溶液的浓度和体积
B．将碘转化成离子进入水层
C．主要是除去海带浸取原液中的有机杂质
D．NaOH溶液可以由乙醇代替
④实验(二)中操作Z的名称是________。
(4)方案甲中采用蒸馏不合理，理由是_____________________________________。
解析：(1)实验(一)中干海带需要灼烧，故仪器A为坩埚，根据最后得到的含I－的溶液的体积可以判断仪器B(定容)为500 mL容量瓶。
(2)①根据表中的数据描点，连线即可得到对应的滴定曲线。
②根据滴定曲线，滴定突变在20.00 mL附近发生，故可判断AgNO3溶液的体积为20.00 mL，海带中碘的质量分数为w＝×100%＝0.635%。
(3)①分液漏斗使用前要检漏，主要是检验旋塞及玻璃塞处是否漏水，检查方法：向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水。
②用CCl4萃取后，CCl4的密度比水大，故有机层在下层，现象为溶液分层，上层几乎为无色，下层呈紫红色。
③A项，如果NaOH的浓度过大，导致使用的溶液太少，不利于溶液的分离，如果NaOH的浓度太小，导致溶液体积太大，不利于物质的浓缩，A项正确；B项，步骤Y加入NaOH溶液后I2转变为I－和IO，进入水层，B项正确；C项，加入NaOH溶液主要目的是与碘反应，将碘从四氯化碳层转移到水层，C项错误；D项，四氯化碳与乙醇互溶，不分层，无法提取碘，D项错误。
④碘在水溶液中的溶解度较小，因此可以通过过滤的方法分离碘和水。
(4)采用蒸馏不合理，主要是因为碘易升华，会导致碘的损失。
答案：(1)坩埚 500 mL容量瓶
(2)①
②20.00 0.635
(3)①向分液漏斗中加入少量水，检查旋塞处是否漏水；将漏斗倒转过来，检查玻璃塞是否漏水
②液体分上下两层，上层几乎无色，下层呈紫红色
③AB
④过滤
(4)碘易升华，会导致碘的损失
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