高中化学碳族元素简介实验题

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         ．

FeBr₂是一种黄绿色鳞片状的固体，某研究性学习小组为了探究它的还原性，进行了如下实验：
I．实验需要90mL 0.10mol·L^－1FeBr₂溶液
（1）配制FeBr₂溶液除烧杯、量筒、胶头滴管外还需的玻璃仪器是________。
（2）下列有关配制过程中说法错误的是________（填序号）。
a．用托盘天平称量质量为1.944g的FeBr₂  
b．将称量的FeBr₂放入容量瓶中，加90mL蒸馏水溶解
c．洗涤溶解FeBr₂的烧杯，并将洗涤液转移至容量瓶中
d．容量瓶贴签存放配好的FeBr₂溶液
e．定容时，仰视容量瓶刻度线会使配制的FeBr₂溶液浓度偏高
II．探究FeBr₂的还原性
取10mL上述FeBr₂溶液，向其中滴加少量新制的氯水，振荡后溶液呈黄色。某同学对产生黄色的原因提出了假设：
假设1：Br^－被Cl₂氧化成Br₂溶解在溶液中；
假设2：Fe²⁺被Cl₂氧化成Fe³⁺。
（3）请你完成下表，验证假设

实验步骤、预期现象	结论
①向溶液中加入四氯化碳，操作           现象	假设1正确
②向溶液中另入             现象	假设2正确

若假设1正确，从实验①分离出Br₂的实验操作名称是          
（4）若在50mL上述FeBr₂溶液通入标准状况下112mL Cl₂，反应的离子方程式为               

实验室可用氯气与金属铁反应制备无水三氯化铁，该化合物呈棕红色，易潮解，100℃左右时会升华。如图是两个学生设计的实验装置，左边的反应装置相同，而右边的产品收集装置不同，分别如装置Ⅰ和装置II所示。已知B中反应的化学方程式为MnO₂+4HCl（浓）MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑

（1）C中浓硫酸的作用是___________________。
（2）D中的反应开始前，要先通入一段时间的氯气，其原因是____________________。
（3）D中反应的化学方程式为________________________。
（4）装置Ⅰ的主要缺点是____________________________。
（5）装置II的主要缺点是___________________________。

不同镜子背后的金属镀层可能是不同的，目前使用的金属主要有两种。为研究金属镀层的成分，某小组分别收集了两块镜子背面的金属镀层粉末甲和乙，按下述实验操作步骤进行实验：

金属	实验操作	实验现象
甲	①取少量粉末，加入过量浓硝酸 ②向上述溶液中加入几滴NaCl溶液	粉末溶解，有红棕色气体产生 有白色沉淀生成
乙	③取少量粉末，加入足量NaOH溶液 ④向上述溶液中逐滴加入稀盐酸 ⑤继续加入过量的稀盐酸	粉末溶解，有气泡产生 有白色沉淀生成 _____________________

根据实验，回答下列问题：
（1）甲与浓硝酸反应的化学方程式是__________________。
（2）实验操作⑤的实验现象是                       ，乙溶解在NaOH溶液中反应的离子方程式是                         。
（3）欲“比较甲和乙的金属活动性顺序”，实验的操作步骤是________________________。

某化学研究性学习小组讨论Fe³⁺溶液和SO₃^2-溶液之间发生怎样的反应，提出了两种可能，写出预计反应的离子方程式：
一是发生氧化还原反应               ，二是发生彻底互促水解反应                。
为了证明发生怎样的反应，同学们设计并进行如下实验，请填写下列空白：
实验Ⅰ：取5 mL FeCl₃浓溶液于试管中，逐滴加入某Na₂SO₃浓溶液至过量，观察到无气泡产生，无沉淀生成，但溶液颜色最终变为红褐色。这种红褐色液体是                     。
向红褐色液体中逐滴加入稀盐酸至过量，可观察到溶液最终变为黄色。将所得溶液加入BaCl₂稀溶液，有少量白色沉淀生成，产生该白色沉淀的离子方程式是                       。
实验Ⅱ：将FeCl₃和Na₂SO₃溶液分别稀释后，重复实验Ⅰ，产生的现象完全相同。
同学们由上述实验得出的结论是                    。
指导老师看过上述实验步骤后认为该设计有缺陷，应在开始实验前对某主要药品进行检验，该主要药品为            ；检验的目的是                          。

Ⅰ．甲学生对Cl₂与FeCl₂和KSCN混合溶液的反应进行实验探究。向A中通入氯气至过量，观察A中，发现溶液先呈红色，然后变为黄色。

（1）B中反应的离子方程式是                         ；
（2）为了探究A中溶液由红色变为黄色的原因，甲同学进行如下实验。取A中黄色溶液于试管中，加入NaOH溶液，有红褐色沉淀生成，则溶液中一定存在                            ；
（3）资料显示：SCN ^-的电子式为。甲同学猜想SCN^﹣可能被Cl₂氧化了，他进行了如下研究。
①取A中黄色溶液于试管中，加入用盐酸酸化的BaCl₂溶液， 产生白色沉淀，由此证明SCN^﹣中被氧化的元素是                 ；
②甲同学通过实验证明了SCN^﹣中氮元素转化为NO₃^﹣，已知SCN^﹣中碳元素没有被氧化，若SCN^﹣与Cl₂反应生成1mol CO₂，则转移电子的物质的量是            mol；
Ⅱ．8.12天津港特大爆炸事故现场有700吨左右氰化钠，氰化钠剧毒。有少量因爆炸冲击发生泄漏。这些泄露的氰化钠可通过喷洒氧化剂双氧水的方式来处理，以减轻污染。
请写出NaCN的电子式___________，偏碱性条件下，氰化钠溶液的CN^-被双氧水氧化为HCO₃^﹣，同时放出NH₃，该反应的离子方程式为                         。

海水是巨大的资源宝库，从海水中提取食盐和溴的过程如下：

（1）将NaCl溶液进行电解，在电解槽的阴极区获得的产品有________________(填化学式)。
（2）步骤Ⅰ中已获得Br₂，步骤Ⅱ中又将Br₂还原为Br^－，其目的是_____________________。
（3）某化学小组的同学为了了解从工业溴中提纯溴的方法，查阅了有关资料，Br₂的沸点为59 ℃。微溶于水，有毒性和强腐蚀性。他们参观生产过程后，设计了如下实验装置：

①图中仪器B的名称是           ，冷却水的出口为            (填“甲”或“乙”)。
②整套实验装置中仪器连接均不能用橡胶塞和橡胶管，其原因是                。
③C中液体的颜色为                  。
④D装置的作用是                          。

Ⅰ．实验室常见的几种气体发生装置如图A、B、C所示：

（1）实验室可以用B或C装置制取氨气，如果用B装置制取氨气其化学反应方程式为______________。
（2）气体的性质是选择气体收集方法的主要依据。下列性质与收集方法无关的是________(填序号，下同)。
①密度    ②颜色    ③溶解性   ④热稳定性  ⑤与氧气反应
（3）若用A装置与D装置相连制取并收集X气体，则X可以是下列气体中的__________。
①CO₂    ②NO     ③Cl₂    ④H₂    ⑤HCl
其中在D装置中连接小烧杯的目的是____________________。
Ⅱ．某小组以CoCl₂·6H₂O、NH₄Cl、H₂O₂、浓氨水为原料，在活性炭催化下，合成了橙黄色晶体X。为确定其组成，进行如下实验。
（1）经测定，样品X中钴、氨和氯的物质的量之比为1∶6∶3，钴的化合价为____________，试写出X的化学式_______________________。
（2）氨的测定：精确称取w g X，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量10%NaOH溶液，通入水蒸气，将样品液中的氨全部蒸出，用V₁ mL c_l mol·L^－1的盐酸标准溶液吸收。蒸氨结束后取下接收瓶，用c₂ mol·L^－1NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗V₂ mL NaOH溶液。

氨的测定装置(已省略加热和夹持装置)
①装置中安全管的作用原理是_______________________。
②样品中氨的质量分数表达式为_____________________。

现有一份含Fe₂O₃、Al₂O₃、SiO₂的混合物，为测定其中铁元素的含量，进行如下实验：
①称取混合物A g,滴加过量盐酸充分反应后过滤；
②在滤液中滴加过量氢氧化钠溶液充分反应后过滤；
③洗涤②所得沉淀，烘干后称重，质量为B g。
回答下列问题：
（1）步骤①中过滤所用的玻璃仪器有                           ；
（2）步骤①所得滤液中铁元素的存在形式是        （填离子符号），怎样检验它的存在（写出实验操作和现象）                            ；
（3）步骤②中涉及的离子方程式是                  、                 、                ；
（4）该混合物中铁元素的质量分数为                （用含A、B的式子表示）。

海水资源的利用具有广阔前景。海水中主要离子的含量如下：

成分	Cl^－	Na^+	SO4^2^－	Mg^2+	Ca^2+	HCO3^－	Br^－
含量/(mg·L^－^1)	18980	10560	2560	1272	400	142	64

（1）以食盐为原料进行生产并综合利用的某些过程如下图所示。

①除去粗盐中的Ca²⁺、Mg²⁺和SO离子，加入沉淀剂a．Na₂CO₃  b．NaOH  c．BaCl₂，
合理的一种顺序是（填序号）                。将滤液的pH调至酸性除去的离子是             。
②电解饱和食盐水的化学方程式是                      ；
③侯德榜向饱和食盐水中通入NH₃、CO₂气体制NaHCO₃晶体的化学方程式为                    。
其依据是                                        。
④工业上可用纯碱代替烧碱生产某些化工产品。如用饱和纯碱溶液与Cl₂制取有效成分为NaClO的消毒液，反应的化学方程式是                     。（碳酸的酸性强于次氯酸）。
（2）利用海水可以提取溴和镁，提取过程如下：

① 从MgCl₂溶液中得到MgCl₂·6H₂O晶体的主要实验操作是                、洗涤、烘干。从MgCl₂·6H₂O晶体中得到无水MgCl₂的主要方法是
②用SO₂水溶液吸收Br₂，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为_____________，由此反应可知，除环境保护外，在工业生产中应解决的主要问题是_____________。
③依据上述流程，若将5 m³海水中的溴元素转化为工业溴，至少需要标准状况下Cl₂的体积为        L（忽略Cl₂溶解）。

海水中含有丰富的化学元素，下面是某化工厂从海水中提取NaCl、Mg(以MgCl₂形式存在)和Br₂(以NaBr的形式存在)及综合利用的生产流程简图：

请回答：
（1）在粗盐中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等杂质，精制时所用的试剂为：
A．盐酸    B．氯化钡溶液    C．氢氧化钠溶液    D．碳酸钠溶液
则加入试剂的顺序是(填编号)                        。
（2）Mg(OH) ₂中加入盐酸后，要获得MgCl ₂•6H ₂O晶体，需要进行的实验操作依次                     。
A．蒸馏 B．灼烧 C．过滤 D．蒸发 E．冷却结晶  
（3）目前工业上主要采用离子交换膜法电解饱和食盐水，下列关于离子交换膜电解槽的叙述错误的是       ．
A．精制饱和食盐水进入阳极室   B．纯水(加少量NaOH)进入阴极室
C．阴极产物为氢氧化钠和氢气   D．电解槽的阳极用金属铁网制成
（4）写出电解饱和NaCl溶液的离子方程式：                              
（5） 利用MgCl ₂•6H ₂O可制得无水氯化镁，应采取的措施是                      
（6） 用热空气吹出的溴蒸气可以用亚硫酸钠溶液吸收，写出反应的化学方程式：           

I、II两学习小组分别进行探究性的实验：
I组：为了分别研究SO₂和Cl₂的性质，设计了如图所示的实验装置。

（1）若从左端分别通入SO₂和Cl₂，则装置I中观察到的现象是否相同？         （填“相同”或“不相同”）；当通入SO₂时，装置III中发生反应的离子方程式为         ；该反应中SO₂表现出           性。
（2）若装置II中装有5.0mL  1.0×10^－3mol·L^－1碘水，当通入足量Cl₂完全反应后，共转移了5.0×10^－5mol电子，则该反应的化学方程式为           。
（3）你认为乙组设计的装置是否有不足之处？        （填“有”或“无”）。如果有，请写出改进方法：          （如果无，此空不答）。
II组：为了探究Cl₂和SO₂同时通入H₂O中发生的反应，设计了如图所示的实验装置。

（1）气体发生装置A中产生的气体化学式为            。
（2）装置D中发生反应的化学方程式为        ；在装置D反应后所得溶液中加入BaCl₂溶液，观察到的现象是           。
（3）装置C中饱和食盐水的作用是           ；装置E的作用是            。

工业上常用铁质容器盛装冷浓硫酸。为研究铁质材料与热浓硫酸的反应，某学习小组进行以下探究活动：
【探究一】
（1）将已除去表面氧化物的铁钉（碳素钢）放入冷浓硫酸中，10分钟后移入硫酸铜溶液中，片刻后取出观察，铁钉表面无明显变化，其原因是____________________________。
（2）另取铁钉放入一定量浓硫酸中加热，充分反应后得到溶液X并收集到干燥气体Y。
①甲同学认为X中可能含有Fe³⁺和Fe²⁺。若要确认其中的Fe²⁺，应选用__________（填序号）。
a．KSCN溶液    b．铁氰化钾溶液    c．盐酸
②乙同学取448mL（标准状况）气体Y通入足量溴水中，发生反应的离子方程式为___          _，充分反应后，加入足量BaC1₂溶液，经适当操作后得干燥固体2.33g。可推知气体Y中SO₂的体积分数为__________。
【探究二】
据探究一所测SO₂的体积分数，丙同学认为气体Y中可能还含有CO₂和Q气体，因此设计了下列实验装置（图中夹持仪器省略，实验前已将装置中空气排尽）进一步探究。
（3）装置A中的现象是              ，其作用是________________。

（4）为判断CO₂是否存在，需将装置M添加在______________（填序号）；
a．A之前    b．A～B之间    c．B-C之间    d．C～D之间
若存在CO₂，则产生CO₂气体的反应中氧化剂与还原剂的物质的量之比为__________。
（5）若C中固体变红，D中固体变蓝，则Q是___________（填化学式），产生该气体的原因是__________。
（6）若某气体可能由CO₂、SO₂、H₂中的一种或多种组成，经测定其中氧的质量分数为50%，则该气体的组成可能为__________（填序号）。
a．SO₂    b．H₂、SO₂   c．H₂、 CO₂    d．CO₂、SO₂    e．CO₂、SO₂、H₂

硫酸工业中废渣的成分为SiO₂、Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO。某探究性学习小组的同学设计以下方案，进行硫酸渣中金属元素的提取实验。

已知：阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH：

沉淀物	Fe(OH)3	Al(OH)3	Mg(OH)2
pH	3．4	5．2	12.4

一水合氨电离常数K_b=1.8×10^－5，其饱和溶液中c(OH^－)约为1×10^-3mol·L^-1。
请回答：
（1）写出A与氢氟酸反应的化学方程式：                  。
（2）上述流程中两次使用试剂X，推测试剂X是      （填以下字母编号）
A．水    B．氧化铝    C．氨水    D．氢氧化钠
（3）溶液D到固体E过程中需要控制溶液pH=13，如果pH过小，可能导致的后果是          。（任写2点）
（4）写出F→H的反应离子方程式：             。
（5）证明H溶液的主要阴离子（Cl^－除外）的方法是                        。

研究硫元素及其化合物的性质具有重要意义。
（1）硫离子的结构示意图为______________ ,加热时，硫元素的最高价氧化物对应水化物的浓溶液与木炭反应的化学方程式为___________________________________________________
（2）(NH₄)₂SO₄是常用的化肥和化工原料，受热易分解，某兴趣小组拟探究其分解产物。
【查阅资料】(NH₄)₂SO₄在260℃~400℃时分解产物不同。
【实验探究】该小组拟选用如图所示装置进行实验(夹持和加热装置略)

实验1：连接装置A→B→C→D，检查气密性。按图示加入试剂(装置B盛0.5000mol／L盐酸70.00mL)通入N₂排尽空气后，于260℃加热装置A一段时间，停止加热，冷却，停止通入N₂。品红溶液不褪色。取下装置B，加入指示利。用0．2000mol／L NaOH溶液滴定剩余盐酸，终点时消耗NaOH溶液25．00mL．经检验滴定后的溶液中无SO₄^2-。
①仪器X的名称是________________
②装置B内溶液吸收气体的物质的量是_______mol。
实验2：连接装置A→D→B，检查气密性。按图示重新加入试剂；通入N₂排尽空气后，于400℃加热装置A至(NH₄)₂SO₄完全分解无残留物。停止加热，冷却。停止通入N₂，观察到装置A、D之间的导气管内有少量白色固体。经检验，该白色固体和装置D内溶液中有SO₃^2-，无SO₄^2-。进一步研究发现，气体产物中无氮氧化物。
③检查装置D内溶液中有SO₃^2-无SO₄^2-的实验操作和现象是__________________________________
④装置B内溶液吸收的气体是__________________
⑤(NH₄)₂SO₄在400℃分解的化学方程式是___________________________