高中化学探究沉淀溶解试题

(12分)稀土元素是周期表中ⅢB族钪、钇和镧系元素之总称，金属活泼性仅次于碱金属和碱土金属元素，它们的性质极为相似，常见化合价为＋3价。无论是航天、航空、军事等高科技领域，还是传统工农业，稀土的应用几乎是无所不在。其中钇(Y)元素是激光和超导的重要材料。我国蕴藏着丰富的含钇矿石(Y₂FeBe₂Si₂O₁₀)，工业上通过如下生产流程可获得氧化钇。

已知：
①有关金属离子形成氢氧化物沉淀时的pH见下表。

离子	开始沉淀时 的pH	完全沉淀时 的pH
Fe^3^＋	2.7	3.7
Y^3^＋	6.0	8.2

②Be(OH)₂＋2NaOHNa₂BeO₂＋2H₂O
请回答下列问题：
（1）过滤Ⅲ所得滤液的溶质主要有______________。
（2）①欲从过滤I所得混合溶液中制得Be(OH)₂沉淀，最好选用盐酸和________两种试剂，再通过必要的操作即可实现。
a．NaOH溶液     b．氨水     c．CO₂      d．HNO₃
②写出Na₂BeO₂与足量盐酸发生反应的离子方程式                     。
（3）已知25℃时，K_sp[Fe(OH)₃]＝4.0×10^－38，则该温度下反应Fe^3＋＋3H₂OFe(OH)₃＋3H^＋的平衡常数K＝                       。
（4）写出煅烧过程的化学方程式                         。

重铬酸钾是工业生产和实验室的重要氧化剂，工业上常用铬铁矿（主要成分为FeO·Cr₂O₃，杂质为SiO₂、Al₂O₃）为原料生产，实验室模拟工业法用铬铁矿制K₂Cr₂O₇的主要工艺如下图。涉及的主要反应是6FeO·Cr₂O₃+24NaOH+7KClO₃12Na₂CrO₄+3Fe₂O₃+7KCl+12H₂O。

（1）碱浸前将铬铁矿粉碎的作用                                                 。
（2）反应器①中除发生题中所给反应外，请写出其他两个化学方程式（要求两个反应中反应物均不相同）              ；              。③中调节PH=7-8所得滤渣为         、         。
（3）从平衡角度分析④中酸化的原理                                           ；
（4）用简要的文字说明操作⑤加入KCl能得到K₂Cr₂O₇晶体的原因是                。
（5）称取重铬酸钾试样2．500g配成250mL溶液，取出25．00mL于碘量瓶中，向其中加入10mL2mol/ LH₂SO₄和足量碘化钾（铬的还原产物为Cr³⁺)，放于暗处5min。然后加入100mL水，加入3mL淀粉指示剂，用0.1200mol/LNa₂S₂O₃标准溶液滴定（I₂+2S₂O₃^2—＝2I^—+S₄O₆^2—）
①判断达到滴定终点的依据是                                           ；
②若实验中共用去Na₂S₂O₃标准溶液40．00mL，则所得产品中重铬酸钾的纯度为（设整个过程中其它杂质不参加反应）         （保留2位有效数字）。

（1）有人研究证明：使用氯气作自来水消毒剂，氯气会与水中有机物反应，生成如CHCl₃等物质，这些物质可能是潜在的致癌致畸物质。目前人们已研发多种饮用水的新型消毒剂。下列物质不能作自来水消毒剂的是         （填序号）。

A．明矾	B．二氧化氯
C．臭氧	D．高铁酸钠(Na2FeO4)

（2）高铁（VI）酸盐是新一代水处理剂。其制备方法有：次氯酸盐氧化法（湿法）和高温过氧化物氧化法（干法）等。湿法是在碱性溶液中用次氯酸盐氧化铁（III）盐，写出该法的离子方程式：                                                     。
（3）用高铁（VI）酸盐设计的高铁（VI）电池是一种新型可充电电池，电解质溶液为KOH溶液，放电时的总反应：3Zn+2K₂FeO₄+8H₂O→3Zn(OH)₂+2Fe(OH)₃+4KOH
①写出正极发生的电极反应式：                                         。
②用高铁（VI）电池作电源，以Fe作阳极，以Cu作阴极，对足量KOH溶液进行电解，当有0.1molK₂FeO₄反应时，在电解池中生成H₂          L（标准状况），同时生成Fe(OH)₃=       mol。
③下表列出了某厂排放的含锌废水中的含量及国家环保标准值的有关数据：

	含锌废水水质	经处理后的水国家环保标准值
Zn^2^＋浓度/(mg·L^－1)	≤800	≤3.9
pH	1～5	6～9

经处理后的废水pH＝8，此时废水中Zn^2＋的浓度为    mg/L（常温下，Ksp[Zn(OH)₂]＝1.2×10^17），    （填“符合”或“不符合”）国家环保标准。

工业制备氯化铜时，将浓盐酸用蒸气加热到80℃左右，慢慢加入粗CuO粉末(含杂质Fe₂O₃、FeO)，充分搅拌使之溶解，得一强酸性的混合溶液，现欲从该混合溶液中制备纯净的CuCl₂溶液[参考数据：pH≥9.6时，Fe^2＋完全水解成Fe(OH)₂；pH≥6.4时，Cu^2＋完全水解成Cu(OH)₂；pH≥3.7时，Fe^3＋完全水解成Fe(OH)₃]。请回答以下问题：
（1）第一步除Fe^2＋，能否直接调整pH＝9.6将Fe^2＋沉淀除去？______，理由是_____________________。
有人用强氧化剂NaClO将Fe^2＋氧化为Fe^3＋：
①加入NaClO后，溶液的pH变化是___________（填序号）；
A．一定增大                 B．一定减小
C．可能增大                  D．可能减小
②你认为用NaClO作氧化剂是否妥当？__________，理由是____________________________。
③现有下列几种常用的氧化剂，可用于除去该混合溶液中Fe^2＋的有_________（填序号）。
A．浓HNO₃           B．KMnO₄           C．Cl₂           D．O₂
（2）除去溶液中的Fe^3＋的方法是调整溶液的pH＝3.7，现有下列试剂均可以使强酸性溶液的pH调整到3.7，可选用的有__________（填序号）。
A．NaOH          B．氨水           C．Cu₂(OH)₂CO₃         D．Na₂CO₃

按要求回答下列问题：
（1）常温下，向VL 0.1mol/L的醋酸溶液中加水稀释，下列说法中正确的是     （填字母）
A．溶液中导电粒子的数目将减少      
B．由水电离的c(H⁺)浓度将减小
C．溶液中不变 
D．溶液中将减小
E．醋酸的电离程度将增大，c(H⁺)也增大
（2）①常温下，将0.1mol/L的硫酸V₁mL与0.1mol/LNaOH溶液V₂mL混合后，溶液的pH=1则V₁：V₂=      （忽略溶液体积的变化）。
②常温下，若溶液由pH=3的盐酸V₁mL与pH=11的某碱BOH溶液V₂mL混合而得，则下列假设和结论都正确的是                 （填字母）
A．若混合后溶液呈中性，则c(H⁺)+c(OH^-)=2×10^-7mol/L
B．若V₁=V₂，则混合后溶液的pH一定等于7
C．若V₁=V₂，则混合后一定有：c(Cl^-)＞c(B⁺)＞c(H⁺)＞c(OH^-)
D．混合后的溶液中一定有c(B⁺)+c(H⁺)=c(Cl^-)+c(OH^-)
（3）常温下，浓度均为0.1mol/L的五种溶液的pH如下表所示：

溶液	CH3COONa	NaHCO3	Na2CO3	NaClO	NaCN
pH	8.8	9.7	11.6	10.3	11.1

①写出向NaClO溶液中通入少量CO₂的离子方程式                              。
②将浓度均为0.01mol/L下列溶液分别加水稀释10倍，pH变化最小的是        （填字母）
A．HCN         B．HClO          C．H₂CO₃         D．CH₃COOH
③常温下，等浓度的醋酸与醋酸钠组成的混合溶液pH=6，则c(CH₃COO^-)－c(CH₃COOH)=    (填准确数值)。
（4）已知常温下Ksp(AgCl)=1.0×10^-10，Ksp (CH₃COOAg)=9.0×10^-4。常温下，CH₃COOAg若要在NaCl溶液中开始转化为AgCl沉淀，则NaCl的浓度必须不低于           。

(10分)已知磺酰氯(SO₂Cl₂)是一种有机氯化剂，SO₂(g)＋Cl₂(g)SO₂C1₂(g) H＜0，SO₂Cl₂是一种无色液体，熔点—54.1 ℃，沸点69.1 ℃，极易水解，遇潮湿空气会产生白雾。
（1）化合物SO₂Cl₂中S元素的化合价是         。
（2）用二氧化锰和浓盐酸制氯气的化学方程式为              。
（3）用如图所示的装置制备SO₂Cl₂，下列说法正确是       (选填编号)

a．A、E处洗气瓶中盛放的可能分别是饱和食盐水和饱和NaHSO₃溶液
b．B处反应管内五球中玻璃棉上的活性碳作催化剂
c．装置C处吸滤瓶应放在冰水中冷却，更有利于SO₂Cl的收集
（4）B处反应管冷却水应从      (填“m”或“n”)接口通入，
从化学平衡移动角度分析，反应管通水冷却的目的是                ，D处U形管中盛放的试剂可以是                  。
（5）向C中所得液体中加水，出现白雾，振荡、静置得到无色溶液。经检验该溶液中的阴离子只有SO₄^2—、Cl^—(OH^—除外)，写出SO₂Cl₂与H₂O反应的化学方程式                                   。
（6）已知室温下，K_sp[AgCl]＝2.0×10^—10，K_sp[Ag₂SO₄]＝1.6×10^—5，在SO₂Cl₂溶于水所得溶液中逐滴加入AgNO₃稀溶液，使SO₄^2—和Cl^—完全沉淀。当浊液中Ag^＋浓度为0.1 mol/L时，此浊液中Cl^—与SO₄^2—的物质的量浓度之比为                。

(12分)某科研小组在900℃的空气中合成出化学式为La₂Ca₂MnO_x的超导体材料，其中La以+3价存在。为确定x的值，进行如下分析：
步骤1：准确称取0.5250g超导体材料样品，放入锥形瓶中，加25.00mL0.06000mol·L^-1 Na₂C₂O₄溶液(过量)和25mL 6mol·L^-1 HNO₃溶液，在6070℃下充分摇动，约半小时后得到无色透明溶液A(该条件下，只有Mn元素被还原为Mn²⁺，Na₂C₂O₄被氧化为CO₂)。
步骤2：用0.02000mol·L^-1 KMnO₄溶液滴定溶液A至终点，消耗10.00mL KMnO₄溶液。
（1）步骤1反应后溶液中Mn²⁺的物质的量浓度为0.02000mol·L^-1。常温下，为防止Mn²⁺形成Mn(OH)₂沉淀，溶液的pH的范围为      [已知Mn(OH)₂的K_sp=2.0×10^-13]。
（2）步骤2滴定终点的现象是         。
（3）步骤2滴定终点读数时俯视刻度，其他操作都正确，则所测x的值将        (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。
（4）求x的值(写出计算过程)。

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          （只写离子方程式）。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe+CuSO₄=Cu+FeSO₄设计成铁铜原电池，请图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入       (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ==4OH^-；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1molNaCl溶液400mL，当阳极产生的气体为448mL(标准状况下)时，溶液的pH=     （假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu²⁺等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下Ksp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu²⁺。

请你利用所学反应原理知识解决下列问题：
（1）若已知两个反应：①C(s)+2H₂(g)=CH₄(g)  ΔH₁=" a" kJ·mol^-1 ；
②C(s)+O₂(g)=CO(g) ΔH₂=" b" kJ·mol^-1 ；
则2CH₄(g)+O₂(g)=2CO(g)+4H₂(g) ΔH=              （用含a、b的式子表示）；
（2）碱性镁锰干电池是新开发的一种干电池，比普通锌锰干电池具有更加优越的性能，具有较大应用前景，其工作时总反应为：Mg+2MnO₂+H₂O=Mg(OH)₂+Mn₂O₃；则工作时，正极发生        反应(填反应类型)，写出负极的电极反应式：                        ；
（3）在一定温度下1 L的密闭容器放入足量草酸钙(固体所占体积忽略不计)发生反应：CaC₂O₄(s)CaO(s) +CO(g)+CO₂(g)，若前5 min 内生成CaO的质量为11.2 g ，则该段时间内v(CO)=；若某时刻达到平衡时c(CO₂)= c；t₀ 时刻，将容器体积缩小为原来的一半并固定不变，在t₁时刻再次达到平衡，请在下图中画出t₀以后此体系中CO₂的浓度随时间变化的图像；

（4）某温度下数据：草酸（H₂C₂O₄）的K₁=5.4×10^-2，K₂=5.4×10^-5；醋酸的K=1.75×10^-5；碳酸的 K₁=4.2×10^-7，K₂=4.5×10^-11；K_sp(CaC₂O₄) =5.0×10^-9；K_sp(CaCO₃) =2.5×10^-9
①用醋酸溶液鉴别CaC₂O₄和CaCO₃两种白色固体的实验现象是             ；
②向0.6 mol/L的Na₂CO₃溶液中加入足量 CaC₂O₄粉末后(忽略溶液体积变化)，充分搅拌，发生反应：CO₃^2-(aq) + CaC₂O₄(s) CaCO₃(s)+ C₂O₄^2-(aq)，静置后沉淀转化达到平衡，求此时溶液中的c(C₂O₄^2－)（不考虑其他诸如水解之类副反应，写出计算过程）。

某蓄电池反应为NiO₂＋Fe＋2H₂OFe(OH)₂＋Ni(OH)₂
（1）该蓄电池充电时，发生还原反应的物质是       （填下列字母），放电时生成Fe(OH)₂的质量18 g，则外电路中转移的电子数是             。

A．NiO2

B．Fe

C．Fe(OH)2

D．Ni(OH)2

（2）为防止远洋轮船的钢铁船体在海水中发生电化学腐蚀，通常把船体与浸在海水里的Zn块相连，或与该蓄电池这样的直流电源的      极（填“正”或“负”）相连。
（3）以该蓄电池做电源，用下图所示装置，在实验室模拟铝制品表面“钝化”处理的过程中，发现溶液逐渐变浑浊，原因是（用相关的电极反应式和离子方程式表示                                  。

（4）精炼铜时，粗铜应与直流电源的        极（填“正”或“负”）相连，精炼过程中，电解质溶液中c(Fe^2＋)、c(Zn^2＋)会逐渐增大而影响进一步电解，甲同学设计如下除杂方案：

已知各离子沉淀时的情况如下表：

沉淀物	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2	Zn(OH)2
开始沉淀时的pH	2.3	7.5	5.6	6.2
完全沉淀时的pH	3.9	9.7	6.4	8.0

则加入H₂O₂的目的是                                                  ，
发生反应的离子方程式为         。乙同学认为应将方案中的pH调节到8，你认为此观点      （填“正确”或“不正确”），理由是                              。

(14分)铁是地壳中含量第二的金属元素,其单质、合金及化合物在生产生活中的应用广泛。
（一）工业废水中含有一定量的Cr₂O₇^2－和CrO₄^2－，它们会对人类及生态系统产生很大的危害，必须进行处理。常用的处理方法是电解法,该法用Fe作电极电解含Cr₂O₇^2－的酸性废水，随着电解的进行，阴极附近溶 液pH升高，产生Cr(OH)₃沉淀。
（1）用Fe作电极的目的是        。
（2）阴极附近溶液pH升高的原因是                   (用电极反应式解释）溶液中同时生成的沉淀还有          。
（二）氮化铁磁粉是一种磁记录材料，利用氨气在400⁰C以上分解得到的氮原子渗透到高纯铁粉中可制备氮化铁。制备高纯铁粉涉及的主要生产流程如下：

已知:①某赤铁矿石含60.0% Fe₂O₃、3.6% FeO,还含有A1₂O₃、MnO₂、CuO等。
②部分阳离子以氢氧化物形式完全沉淀时溶液的pH如下：

（3）步骤②中加双氧水的目的是      ，pH控制在3. 4的作用是      。已知25°C时，，该温度下反应：Cu^2＋＋2H₂OCu(OH)₂＋2H^＋的平衡常数K=       。
（4）如何判断步骤③中沉淀是否洗涤干净？______________________
（5）制备氮化铁磁粉的反应：（未配平），若整个过程中消耗氨气34.0 g，消耗赤铁矿石2 kg，设整个过程中无损耗，则氮化铁磁粉的化学式为     。

海水是一个巨大的化学资源宝库，利用海水可以获得很多化工产品。
（1）海水中制得的氯化钠可用于生产烧碱及氯气。反应的离子方程式是        。
（2）利用制盐后的盐卤提取溴的工艺流程如下(部分操作和条件已略去）：

将Br₂与Na₂CO₃反应的化学方程式补充完整：

（3）盐卤蒸发冷却后析出卤块的主要成分是MgCl₂，此外还含Fe^2＋、Fe^3＋、Mn^2＋等离子。以卤块为原料制得镁的工艺流程如下(部分操作和条件已略去）：

生成氢氧化物沉淀的pH

物质	开始沉淀	沉淀完全
Fe(OH)3	2．7	3．7
Fe(OH)2	7．6	9．6
Mn(OH)2	8．3	9．8
Mg(OH) 2	9．6	11．1

①步骤②中需控制pH=9.8，其目的是     。
②用NaClO 氧化Fe^2＋得到Fe(OH)₃沉淀的离子反应方程式是     。
④步骤③需在HCl保护气中加热进行，请用化学平衡移动原理解释原因________。
③NaClO还能除去盐卤中的CO(NH₂)₂，生成盐和能参与大气循环的物质。除去0.1mol CO(NH₂)₂时消耗
NaClO         g。

铜在工农业生产中有着广泛的用途。
（1）配制CuSO₄溶液时需加入少量稀H₂SO₄，其原因是          (只写离子方程式)。
（2）某同学利用制得的CuSO₄溶液，进行以下实验探究。
①图甲是根据反应Fe＋CuSO₄=Cu＋FeSO₄设计的原电池，请在图甲中的横线上完成标注。

②图乙中，I是甲烷燃料电池的示意图，该同学想在II中实现铁上镀铜，则应在a处通入    (填“CH₄”或“O₂”)，b处电极上发生的电极反应式为         ；
若把II中电极均换为惰性电极，电解液换为含有0.1 mol NaCl溶液400 mL，当阳极产生的气体为448 mL(标准状况下)时，溶液的pH= (假设溶液体积变化忽略不计)。
（3）电池生产工业废水中常含有毒的Cu^2＋等重金属离子，常用FeS等难溶物质作为沉淀剂除去[室温下K_sp(FeS)＝6.3×10^－18mol²·L^－2，Ksp(CuS)＝1.3×10^－36mol²·L^－2]。请结合离子方程式说明上述除杂的原理：当把FeS加入工业废水中后，              直至FeS全部转化为CuS沉淀，从而除去溶液中Cu^2＋。

硅孔雀石是一种含铜的矿石，含铜形态为CuCO₃•Cu(OH)₂和CuSiO₃•2H₂O，同时含有SiO₂、FeCO₃、Fe₂O₃、Al₂O₃等杂质。以硅孔雀石为原料制取硫酸铜的工艺流程如下：

（1）步骤①中稀硫酸与CuSiO₃·2H₂O发生反应的化学方程式：                      ；
用离子方程式表示双氧水的作用_______________________________________。
（2）步骤②调节溶液pH选用试剂不可以是__________________
a．CuO        b．Cu (OH)₂         c．Cu₂(OH)₂CO₃          d．CuSO₄
（3）有关氢氧化物开始沉淀和完全沉淀的pH如下表：

氢氧化物	Al(OH)3	Fe(OH)3	Fe(OH)2	Cu(OH)2
开始沉淀的pH	3.3	1.5	6.5	4.2
沉淀完全的pH	5.2	3.7	9.7	6.7

由上表可知当溶液pH=4时，可以完全除去的离子是______（填金属离子符号，后同），不能完全除去的离子是________。
（4）滤液B通过蒸发浓缩（设体积浓缩为原来的一半）、冷却结晶、洗涤可以得到CuSO₄•5H₂O晶体。某同学认为上述操作会有硫酸铝晶体析出。请你结合相关数据，通过计算对该同学的观点予以评价       (填“正确”、“不正确”、或“无法判断”)
【已知常温下，Al₂(SO₄)₃饱和溶液中c(Al³⁺)=2.25mol/L，K_sp[Al(OH)₃]=3.2×10^-34】
（5）测定硫酸铜晶体（CuSO₄•5H₂O）里结晶水的含量，实验步骤为：a．研磨；b．称量空坩埚和装有试样的坩埚的质量；c．灼烧；d．干燥器中冷却；e．称量；f．重复c至e的操作，直到连续两次称量的质量差不超过0.1g为止；⑦根据实验数据计算硫酸铜结晶水的含量。
①步骤c用到的仪器有酒精灯、三脚架、泥三角、玻璃棒、      、      。
②步骤f的目的是                                                      。
③如灼烧后在空气中冷却再称量，结晶水的测定结果会____(填“偏高”、“低”或“不变”)

氯化亚铜（CuCl）是一种白色固体，微溶于水，不溶于酒精。研究该物质的应用新领域、生产新方法及生产过程中的环保新措施都具有重要意义。
（1）镁—氯化亚铜海水电池，可用于鱼雷上。该电池被海水激活时，正极导电能力增强，同时产生气泡，则正极上被还原的物质有      、      （填化学式）。
（2）工业上以铜作催化剂，氯代甲烷和硅粉反应合成甲基氯硅烷的过程中产生大量废渣（主要成分为硅粉、铜、碳等）。某课外小组以该废渣为原料制CuCl，流程示意图如下：

回答下列问题：
①氯代甲烷有4种，其中属于重要工业溶剂的是            （写出化学式）。
②“还原”阶段，SO₃^2－将Cu^2＋还原得[CuCl₂]^－，完成下列离子方程式。
Cu^2＋+Cl^－+SO₃^2－+     ＝[CuCl₂]^－+     +    
③在稀释过程中存在下列两个平衡：
ⅰ.[CuCl₂]^－CuCl＋Cl^－    K＝2.32
ⅱ.CuCl(s)Cu⁺(aq)＋Cl^－   K_sp＝1.2×10^－6
当[CuCl₂]^－完成转化时（c([CuCl₂]^－)≤1.0×10^－5 mol·L^－1），溶液中c(Cu^＋)≥    。
④获得CuCl晶体需经过滤、洗涤、干燥。洗涤时，常用无水乙醇代替蒸馏水做洗涤剂的优点是     （写一点）。
（3）工业生产CuCl过程中产生浓度为2～3 g·L^－1的含铜废水，对人及环境都有较大的危害，必须进行回收利用。用萃取法富集废水中的铜，过程如下：

①实验室完成步骤ⅰ时，依次在分液漏斗中加入曝气后的废水和有机萃取剂，经振荡并        后，置于铁架台的铁圈上静置片刻，分层。分离上下层液体时，应先        ，然后打开活塞放出下层液体，上层液体从上口倒出。
②写出步骤ⅱ的离子方程式：                。