微主题热练22　化学综合实验与计算(二)（含解析）-2024年高考化学二轮复习

这是一份微主题热练22　化学综合实验与计算(二)（含解析）-2024年高考化学二轮复习，共8页。试卷主要包含了 高纯ZnO可用作电子元件材料，5×10－7、Ka2＝4等内容，欢迎下载使用。

(1)酸洗。氟碳铈矿和浓硫酸发生反应生成Ce2(SO4)3等。酸洗不宜在玻璃器皿中进行，其原因是__________________________。
(2)焙烧。Ce2(SO4)3在空气中高温焙烧可得到CeO2和SO3，其反应的化学方程式为________________________________________________。
(3)测定粗品中CeO2的含量。部分实验操作：
步骤Ⅰ 称取0.500 0 g样品置于锥形瓶中，加入蒸馏水和浓硫酸，边搅拌边加入双氧水，低温加热至样品反应完全。
步骤Ⅱ 煮沸，冷却后滴入催化剂硝酸银溶液，加入过量的(NH4)2S2O8溶液，将Ce(Ⅲ)氧化为Ce(Ⅳ)，低温加热至锥形瓶中无气体产生[2(NH4)2S2O8＋2H2Oeq \(=====,\s\up7(△))4NH4HSO4＋O2↑]。再次煮沸、冷却，用硫酸亚铁铵标准溶液滴定。
①“步骤Ⅰ”中加入双氧水的作用是________________________________
___________________________________________________________________。
②“步骤Ⅱ”中“再次煮沸”的时间不宜太短，其原因是__________________________________________________________________。
③请补充完整制备(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O晶体的实验方案：称取一定质量的铁粉，_________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，
低温干燥，即可得到硫酸亚铁铵晶体。已知：(NH4)2SO4＋FeSO4＋6H2O===(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O。
须使用的试剂：1 ml/L H2SO4溶液、95%的乙醇溶液、(NH4)2SO4固体。
2. (2023·南京三模)高纯ZnO可用作电子元件材料。以次氧化锌酸浸液(主要含有Zn2＋、SOeq \\al(2－,4)，还含有Fe3＋、Fe2＋、Mn2＋、Pb2＋等)为原料制备高纯ZnO的实验流程如下：
已知：常温下，Ksp[Zn(OH)2]＝2.1×10－16，Ksp[Fe(OH)2]＝8.0×10－16，Ksp[Fe(OH)3]＝4.0×10－38。
(1)“除铁”时，须将Fe2＋氧化为Fe3＋的原因是_______________________
_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
(2) “除锰”反应的离子方程式为____________________________________
__________________________________________________________________。
其他条件不变时，eq \f(n投入KMnO4,n理论KMnO4)与锰去除率、溶液中锰含量的关系如图所示。eq \f(n投入KMnO4,n理论KMnO4)>2.5时，溶液中锰去除率下降，其原因是_____________________。
(3)为考查Zn粉用量对“除铅”过程中铅元素去除率的影响，设计若干对照实验组，这些实验组控制不变的因素有“除锰”滤液浓度与体积、反应温度、____________________。
(4)写出以“ZnSO4溶液”为原料制备高纯ZnO的实验方案：____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
(可选用的试剂：Na2CO3溶液、氨水­NH4HCO3混合溶液、蒸馏水、稀盐酸、BaCl2溶液)。
3. (2023·连云港调研)硫脲[CS(NH2)2]是白色晶体，易溶于水，150 ℃时能转变为NH4SCN。常用于制造树脂、染料、药物，实验室可用下列方法制备。
步骤Ⅰ：称取一定质量的CaS在三颈烧瓶中制成浆液，不断搅拌下通入适量CO2，反应生成Ca(HS)2溶液，装置如图所示。
步骤Ⅱ：将一定量的CaCN2与Ca(HS)2溶液混合，加热至80 ℃时生成硫脲。
已知：H2CO3的电离平衡常数分别为Ka1＝4.5×10－7、Ka2＝4.7×10－11；H2S的电离平衡常数分别为Ka1＝1.1×10－7，Ka2＝1.3×10－13。
回答下列问题：
(1)在步骤Ⅰ的三颈烧瓶中生成Ca(HS)2，其反应的化学方程式为__________________________________________________________________。
(2)实验中不宜使用盐酸代替CO2的主要原因是 。
(3)按如图装置实验，判断CO2是否已过量的方法是 。
(4)硫脲与酸性KMnO4溶液反应转化为两种无毒的气体及SOeq \\al(2－,4)，同时生成Mn2＋，该反应的离子方程式为 。
(5)已知：NH4SCN溶液呈酸性，KSCN溶液呈中性；NH4SCN、KSCN都易溶于乙醇、水，温度高时容易分解和氧化；常温下KSCN的溶解度为217 g。
利用硫脲制备KSCN的方法：取一定量硫脲__________________________
____________________________________________________________________，
将加热后的产物溶于一定比例的无水乙醇和水中形成溶液，_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________，
干燥，得到KSCN晶体。(实验中可选用试剂：KOH、无水乙醇。实验中须使用的实验仪器有pH计)。
4. (2023·常州期末)以磷灰石[主要成分为Ca5(PO4)3F]制备锂离子电池正极材料前体FePO4的实验流程如下。
(1)用磷酸、硫酸“分步浸取”磷灰石制备H3PO4，发生的主要反应如下：
Ca5(PO4)3F＋7H3PO4===5Ca(H2PO4)2＋HF↑
Ca(H2PO4)2＋H2SO4＋2H2O===CaSO4·2H2O ↓＋2H3PO4
①磷灰石也可直接用硫酸溶解。两种工艺相比，该“分步浸取”工艺的优点是__________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②经“酸浸”得到的粗H3PO4为CaSO4­H3PO4­H2O 混合体系。“纯化” 步骤控制温度在70 ℃，调节H3PO4的质量分数为55%，使CaSO4以结晶水合物形式析出，过滤。为提高H3PO4的产率，需对CaSO4水合物晶体进行洗涤，并__________________________________________________________________________________________，再将其中部分返回酸浸系统。
(2)将H3PO4溶液、FeSO4溶液和H2O2溶液混合，调节溶液pH，得到FePO4·2H2O，焙烧脱水得FePO4。
已知： FePO4·2H2O晶体的纯度及颗粒大小会影响产品性能，沉淀速率过快会形成细小颗粒状粉末；含磷各微粒的物质的量分数与pH的关系如图所示；Fe3＋＋EDTA4－[Fe(EDTA)]－。
①生成FePO4·2H2O的离子方程式为________________________________
_________________________________________________________________。
②工业上选择溶液pH为2。此时溶液中c(HPOeq \\al(2－,4))为1.0×10－7.3 ml/L，则c(POeq \\al(3－,4))＝_________ml/L。
③实际生产时，还加入EDTA四钠盐溶液，其目的是__________________
__________________________________________________________________。
④设计以H3PO4溶液、FeSO4溶液和H2O2溶液为原料，制备较大颗粒FePO4·2H2O晶体的实验方案：_________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________(FePO4·2H2O晶体需“洗涤完全”，除主要原料外，其他试剂任用)。
微主题热练22 化学综合实验与计算(二)
1. (1)反应生成的HF会腐蚀玻璃
(2)2Ce2(SO4)3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))4CeO2＋6SO3
(3)①在H2SO4酸性环境下，H2O2将CeO2还原为Ce(Ⅲ)(或Ce3＋) ②防止没有分解的(NH4)2S2O8与硫酸亚铁铵反应，使硫酸亚铁铵滴定量增多，造成CeO2含量的测定结果偏大 ③加入适量1 ml/L H2SO4溶液反应至无明显气泡产生，过滤、洗涤，称量残余固体质量；向滤液中加入计算量的(NH4)2SO4固体，充分溶解，加热浓缩、冷却结晶，过滤，用95%的乙醇溶液洗涤晶体
【解析】 (1)酸洗反应时，CeFCO3与浓硫酸反应生成氢氟酸，氢氟酸能腐蚀玻璃，故酸洗不宜在玻璃器皿中进行。(2)Ce2(SO4)3在空气中焙烧的过程中，Ce元素由＋3价升高为＋4价，因此焙烧时氧气作为氧化剂参与了反应，该反应的化学方程式为2Ce2(SO4)3＋O2eq \(=====,\s\up7(焙烧))4CeO2＋6SO3。(3)①步骤Ⅱ中加入过量的(NH4)2S2O8溶液，将Ce(Ⅲ)氧化为Ce(Ⅳ)，则步骤Ⅰ中加入双氧水的作用是使Ce(Ⅳ)还原为Ce(Ⅲ)。②硫酸亚铁铵可被(NH4)2S2O8氧化，故再次煮沸时间不宜太短的目的是确保样品溶液中的(NH4)2S2O8全部被除去。
2. (1)Zn(OH)2与Fe(OH)2沉淀时pH相近，不易通过调pH分离Fe2＋和Zn2＋；Zn(OH)2与Fe(OH)3沉淀时pH相差较大，易于通过调pH分离Fe3＋和Zn2＋
(2)3Mn2＋＋2MnOeq \\al(－,4)＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋ 过量的KMnO4进入溶液
(3)反应时间、搅拌速率
(4)在搅拌下向ZnSO4溶液中缓慢滴加氨水­NH4HCO3混合溶液；当向上层清液中继续滴加氨水­NH4HCO3溶液后不再产生沉淀时，过滤，所得滤渣用蒸馏水洗涤，直至最后一次洗涤滤液加入稀盐酸和BaCl2溶液后不再产生浑浊；将所得沉淀烘干后灼烧至恒重
【解析】 (1)由Zn(OH)2、Fe(OH)2、Fe(OH)3的Ksp可知，溶液中Zn2＋、Fe2＋生成沉淀时的pH相差不大，很难通过调节溶液的pH将两者分离，但Zn2＋、Fe3＋生成沉淀时的pH相差很大，很容易通过调节溶液的pH将两者分离，故除铁时须将Fe2＋氧化为Fe3＋。(2)在除锰反应中，MnOeq \\al(－,4)将Mn2＋氧化为MnO2，自身也被还原为MnO2，结合得失电子守恒、电荷守恒、原子守恒，可写出反应的离子方程式：3Mn2＋＋2MnOeq \\al(－,4)＋2H2O===5MnO2↓＋4H＋；当eq \f(n投入KMnO4,n理论KMnO4)大于2.5时，投入的KMnO4过量，则过量的KMnO4进入溶液中，使得溶液中锰去除率下降。(3)考查的是锌粉的用量对去除率的影响，则影响去除率的因素中除了锌的用量不同外，其余物理量都应该相同，故滤液的浓度与体积、反应时间、搅拌速率等都应该相同。(4)在制备高纯ZnO的过程中，应该先加入氨水－NH4HCO3混合液，生成ZnCO3沉淀，通过向上层清液中继续加入氨水－NH4HCO3混合液来检验沉淀是否完全，当沉淀完全后过滤，通过检验洗涤液中是否含有SOeq \\al(2－,4)来检验沉淀是否洗涤干净，最后将洗涤干净的沉淀烘干后灼烧至恒重，最终制得高纯ZnO。
3. (1)2CaS＋CO2＋H2O===Ca(HS)2＋CaCO3
(2)反应中会生成可溶性的CaCl2，增加了分离的难度
(3)装置b中出现黑色沉淀即CO2过量
(4)14MnOeq \\al(－,4)＋5CS(NH2)2＋32H＋===14Mn2＋＋5CO2↑＋5N2↑＋5SOeq \\al(2－,4)＋26H2O
(5)在隔绝空气的条件下加热至150 ℃充分反应 边搅拌边滴加KOH并微热除去NH3至用pH计测量溶液pH为中性，加热，低温将乙醇和水蒸出至大量晶体析出，过滤
【解析】 (1)向三颈瓶中通入CO2，溶液中相当于有H2CO3，与CaS反应生成Ca(HS)2的同时得到CaCO3，反应的化学方程式为2CaS＋CO2＋H2O===Ca(HS)2＋CaCO3。(2)实验中若用盐酸代替CO2，盐酸与CaS反应生成Ca(HS)2的同时会生成可溶性的CaCl2，增加了分离的难度。(3)由H2CO3和H2S的Ka1大小可知，酸性：H2CO3>H2S，当通入过量的CO2时，溶液中生成H2S，进入装置b中发生反应：H2S＋CuSO4===CuS↓＋H2SO4，出现黑色沉淀。(4)在CS(NH2)2中，C元素为＋4价、S元素为－2价、N元素为－3价，在反应中，S元素生成了SOeq \\al(2－,4)，则生成的两种无毒气体为CO2和N2，故在反应中1 ml CS(NH2)2失去14 ml 电子，1 ml KMnO4在反应中得到5 ml 电子，根据得失电子守恒、电荷守恒和原子守恒可写出反应的离子方程式为14MnOeq \\al(－,4)＋5CS(NH2)2＋32H＋===14Mn2＋＋5CO2↑＋5N2↑＋5SOeq \\al(2－,4)＋26H2O。(5)由题干部分中“150 ℃时能转变为NH4SCN”可知，将硫脲在隔绝空气的条件下加热至150 ℃充分反应后得到NH4SCN，将加热后固体溶于无水乙醇和水混合液中，边搅拌边滴加KOH发生反应：NH4SCN＋KOH===NH3·H2O＋KSCN，微热除去NH3，由于KSCN溶液呈中性，故微热过程中用pH计测量溶液pH为中性，此时溶液为KSCN溶液，经低温将乙醇和水蒸出至大量晶体析出时，过滤，干燥，得到KSCN晶体。
4. (1)①(磷酸先与磷灰石反应生成可溶性的磷酸二氢钙，)避免直接使用硫酸时生成微溶的硫酸钙层对磷灰石颗粒的包裹，阻止反应的继续发生
②将洗涤后的滤液合并入上一步过滤的滤液
(2)①2Fe2＋＋2H3PO4＋H2O2＋2H2O===2FePO4·2H2O↓＋4H＋
②1.0×10－17.6
③使Fe3＋和EDTA4－发生络合反应{Fe3＋＋EDTA4－[Fe(EDTA)]－}，降低Fe3＋的浓度，减缓FePO4·2H2O的沉淀速率
④将FeSO4溶液和H2O2溶液混合后，加入适量EDTA四钠盐溶液搅拌，在搅拌下向混合溶液中加入H3PO4溶液，控制溶液pH为2；一段时间后静置、过滤，所得晶体用蒸馏水洗涤2～3次；取最后一次洗涤的滤液于试管中，加入盐酸酸化的BaCl2溶液，无白色沉淀生成，低温干燥
【解析】 (1)①“分步浸取”中，磷酸先与磷灰石反应生成可溶性的磷酸二氢钙，避免直接使用硫酸时生成微溶的硫酸钙层对磷灰石颗粒的包裹，阻止反应的继续发生。②因为CaSO4水合物晶体(CaSO4·H3PO4·H2O)中含有H3PO4，对其进行洗涤，使晶体中的H3PO4进入洗涤后的滤液，将此滤液合并入上一步过滤的滤液中，再返回酸浸系统，从而提高H3PO4的产率。(2)①将H3PO4溶液、FeSO4溶液和H2O2溶液混合时，H2O2将Fe2＋氧化为Fe3＋，最终与溶液中H3PO4结合得到FePO4·2H2O，该反应的离子方程式为2Fe2＋＋2H3PO4＋H2O2＋2H2O===2FePO4·2H2O↓＋4H＋。②根据图示可知，当溶液中c(POeq \\al(3－,4))＝c(HPOeq \\al(2－,4))时，溶液pH＝12.3，c(H＋)＝10－12.3 ml/L，H3PO4的三级电离平衡常数Ka3＝eq \f(cH＋·cPO\\al(3－,4),cHPO\\al(2－,4))＝c(H＋)＝10－12.3，当溶液pH＝2，c(HPOeq \\al(2－,4))＝1.0×10－7.3 ml/L 时，c(POeq \\al(3－,4))＝eq \f(Ka3·cHPO\\al(2－,4),cH＋)＝eq \f(10－12.3×1.0×10－7.3,10－2) ml/L＝1.0×10－17.6 ml/L。③Fe3＋和EDTA4－能发生络合反应{Fe3＋＋EDTA4－[Fe(EDTA)]－}，c(Fe3＋)降低，从而减缓FePO4·2H2O的沉淀速率。④由题中“沉淀速率过快会形成细小颗粒状粉末”以及第②③小问可知，应先将FeSO4溶液和H2O2溶液混合，再加入适量EDTA四钠盐来减缓生成沉淀的速率；向混合溶液中加入H3PO4溶液，应控制溶液pH为2一段时间，静置、过滤，所得晶体用蒸馏水洗涤，用盐酸酸化的BaCl2溶液检验沉淀是否洗涤干净，最后低温干燥，制得FePO4·2H2O晶体。