初中化学物质的相互转化和制备解答题

内江拥有中国西南地区最大的再生资源基地，可回收处理大量废旧塑料电器及玻璃等，某品牌电器的废旧电路板中含有Fe、Cu、Ag、Ni（镍，银白色金属） 等金属，如下图是某车间回收部分金属的工艺流程。已知，2Cu+O₂+2H₂SO₄2CuSO₄+2H₂O。

回答下列问题。

（1）操作①中，使用的玻璃仪器除烧杯、玻璃棒外，还需　　；

（2）滤渣③中含有的金属是　　；

（3）根据以上工艺流程图，可以得出Ni、Fe的金属活动性强弱顺序是Ni　　Fe（填“＞”或“＜”）。

（4）滤液③中加入足量铁粉的主要目的是　　，固体A除主要含有铜外，还含有一定量的铁，为了进一步提纯铜，可以向固体A中加入适量的稀硫酸，发生反应的化学方程式为　　；

（5）相比于直接焚烧废旧电路板回收金属，该工艺流程的主要优点是　　。

辉铜矿的主要成分为硫化亚铜（Cu₂S），工业上用辉铜矿冶铜的一种工艺流程图如下：

请你回答下列有关问题：

（1）硫化亚铜中铜元素的化合价为　　。

（2）焙烧炉Ⅱ中发生反应的化学方程式为　　。

（3）二氧化硫与二氧化碳具有相似的化学性质，则x溶液中盐的化学式是　　。

某金属冶炼厂的管道烟泥中含有少量铜、锌、硫等单质。现欲回收铜和锌，并对硫进行环保处理，主要步骤如图所示：

已知：加热的条件下，Zn、Cu都可以与氧气反应生成相应的金属氧化物。

（1）烟泥最初处理需要除油污，用洗涤剂除油污的过程中发生了　 　现象。步骤①产生的废气B中，一定含有的有害气体是　　   （填化学式）。环保处理最好釆用的试剂是　　（填字母序号）。

A、浓硫酸    B、食盐水    C、石灰乳

（2）写出步骤④中得到铜的化学方程式　　，它属于基本反应类型中的　　反应。

（3）步骤③和④中主要操作的名称是　　。

（4）我国古代就制得了一种外观似金子的锌和铜的合金，也就是黄铜，它的硬度比纯铜　　（填“高”或者“低”）。

（5）取少量的溶液C，往其中加入一定质量的镁粉，充分反应后过滤，得到滤渣和滤液。往滤渣中加入稀盐酸有气泡产生，则滤液中一定没有　　（填字母序号）。

A、硫酸镁    B、硫酸锌    C、硫酸铜    D、硫酸铜和硫酸锌

某班同学在实验室完成实验探究后得到废液A，其中含有稀硫酸、硫酸亚铁和硫酸铜。老师将同学们分成甲乙两组，继续进行如下实验，请完成下列相关问题：

[甲组任务]将废液转化成硫酸亚铁晶体。实验流程如图

（1）滤液B中的溶质来自于哪几个部分？

（2）写出上述流程中的一个化学反应方程式：　　。

[乙组任务]利用废液来探究金属铝的化学性质。实验流程如图：

（3）滤渣C中一定没有　　。

（4）滤液D中一定含有的溶质是　　（填化学式，下同），可能含有的溶质是　　。

汽车给人们的生活带来方便的同时，也带来节能和减排的问题。如图是某种汽车的燃料燃烧过程示意图

（1）从燃烧的条件看，火花塞的作用是　　。

（2）将汽油与空气的混合气充分压缩，有助于节省燃料，说明主要原因。

（3）乙醇的含碳量比汽油的低。分析在汽油中加入适量乙醇，对尾气中炭黑排放量的影响。

（4）利用催化净化装置，可使燃烧过程中产生的CO和NO在催化剂的作用下，转化为两种空气中常见的无害气体，该反应的化学方程式为　　。

金属及其化合物在生产生活中有广泛的应用。

（一）金属的应用和防护

（1）用不锈钢、合成橡胶、氧化镁等材料制造的飞机轮胎属于　　材料。

（2）航空煤油是飞机的燃料，它主要是由　　炼制的。

（3）铁易生锈，提出防止铁生锈的一种方法　　。

（4）特种钢中含有少量Mn、MnO₂和Al粉混合在高温下反应可得到Mn，该反应的化学方程式为　　。

（5）Mg（OH）₂受热分解生成高熔点的MgO．Mg（OH）₂可用作阻燃剂，其主要原理是　（选填序号）。

a．分解吸热，降低可燃物着火点            b．MgO覆盖燃烧物，隔绝氧气

（二）制备还原性铁粉

实验室利用废铁屑（含少量Fe₂O₃）为原料制备还原性铁粉的流程如下：

（1）Fe粉可使“酸溶”产生的Fe₂（SO₄）₃转化为FeSO₄，该反应的化学方程式为　　。

（2）检验FeCO₃已洗净的方法：取最后一次洗涤后的滤液，先加入一定量稀盐酸，再滴加　　溶液，无明显现象。

（3）“干燥”时有少量FeCO₃发生下列转化：FeCO₃ $\stackrel{H_2\mathit{O、}{O}_2}{\to }$FeOOH+CO₂，该转化的化学方程式为　　。

（4）“焙烧”前，应将炭粉与“干燥”所得固体均匀混合，目的是　　。

（三）测定还原性铁粉的组成

还原性铁粉中含有少量Fe_xC_y，小组同学在老师的指导下进行以下实验。

资料：①Fe，Fe_xC_y在加热时与O₂反应能生成相应氧化物。

②Fe_xC_y不与酸反应。

实验1：取29.52g样品，加入足量稀H₂SO₄，充分反应后生成1.00gH₂。

实验2：另取29.52g样品，按如图进行实验。

表：装置A和B的质量变化

装置	A	B
反应前	300.00	400.00
反应后	m	400.44

实验后A中固体全部变为红棕色，装置A、B的质量变化如上表。

（1）装配好装置后，实验前先要　　。

（2）装置C的作用是　　。

（3）Fe_xC_y中，x：y＝　　。表中m的值是　　。

反思：若用空气替代O₂进行实验，测得x：y的值偏大，可能的原因是　　。

水产养殖的速效增氧剂“鱼浮灵”的主要成分是过氧碳酸钠（aNa₂CO₃•bH₂O₂）。

某化学研究小组对“鱼浮灵”的制备、成分测定及增氧原理进行了如下探究。

【查阅资料】①过氧碳酸钠有Na₂CO₃和H₂O₂的双重性质；50℃开始分解。

②过氧碳酸钠在异丙醇（有机溶剂）中的溶解度较低。

Ⅰ．“鱼浮灵”的制备。

实验室用Na₂CO₃与稳定剂的混合溶液和30%的H₂O₂溶液反应制备过氧碳酸钠，实验装置如图所示。

（1）反应温度不能超过20℃的原因是　　。

（2）反应结束后，停止搅拌，向反应液中加入异丙醇，静置过滤、洗涤、干燥，获得过氧碳酸钠固体。加入异丙醇的目的　　。

Ⅱ．“鱼浮灵”的成分测定。

【定性检测】检测过氧碳酸钠溶液中的成分。

（3）请补充完成下列实验报告中的相关内容。

实验序号	实验步骤	实验现象	解释或结论
①	取样，加入MnO2粉末，用带火星的木条伸入试管内	木条复燃	反应的化学方程式
②			溶液中含有Na2CO3

【定量研究】测定“鱼浮灵”中过氧碳酸钠的组成。

实验③：称取一定质量的“鱼浮灵”样品于小烧杯中，加适量水溶解，向小烧杯中加入足量Ba（OH）₂溶液，过滤、洗涤、干燥，得到碳酸钡（BaCO₃）固体3.94g。

实验④：另称取相同质量的“鱼浮灵”样品于锥形瓶中，加入足量稀硫酸，再逐滴加入高锰酸钾溶液，充分反应，消耗KMnO₄的质量为1.896g，该反应的原理是：2KMnO₄+5H₂O₂+3H₂SO₄═K₂SO₄+2MnSO₄+5O₂↑+8H₂O。

（4）计算确定过氧碳酸钠（aNa₂CO₃•bH₂O₂）的化学式（写出计算过程）。

Ⅲ．“鱼浮灵”的增氧原理。

研究小组通过测定常温下相同时间内水溶液中溶解氧的变化，探究CO₃^2﹣、OH^﹣对H₂O₂分解速率的影响，设计了对比实验，实验数据记录如下表。

编号	①	②	③	④	⑤
试剂	H2O	4%H2O2溶液	Na2CO3固体 4%H2O2溶液	NaOH溶液 4%H2O2溶液	NaOH溶液 4%H2O2溶液
pH	6.96	6.01	8.14	8.15	9.26
溶解氧 （mg•L^﹣^1）	5.68	6.44	9.11	9.12	10.97

（5）由实验②可知，常温下，过氧化氢水溶液呈　　（填“酸性”“中性”或“碱性”）。

（6）过氧碳酸钠可以速效增氧的原理是　　。

钛（Ti）被称为“航空金属”。由钛铁矿（主要成今是钛酸亚铁，化学式为FeTiO₃）制备钛的一种流程如下：

（1）FeTiO₃中钛元素的化合价为　　。

（2）“氯化”过程中焦炭的作用是　　。

（3）由TiCl₄制备Ti的化学方程式为　　。该反应在氩气（Ar）氛围中进行的理由是　　。

（4）如上述流程所示，将钛厂、氯碱厂和甲醇厂组成产业链的好处是　　。

钼是一种重要的金属，用它制成的合金有良好的机械性能，在工农业生产和国防上都有广泛的用途。如图是利用钼矿石（主要成分为MoS ₂）制备金属钼的流程图：

信息：MoO ₃+3H ₂ $\frac{\underset{¯}{\mathit{高温}}}{}$ Mo+3H ₂O

请回答下列问题：

（1）反应①常将钼矿石粉碎，目的是 　　；MoO ₃中钼元素的化合价为 　　。

（2）操作Ⅰ的名称是 　　；常用NaOH溶液吸收反应①的尾气，化学方程式为 　　。

（3）制得19.2吨金属钼，理论上至少需含MoO ₃80%的粗产品多少吨？请写出计算过程。

注：粗产品杂质中不含钼元素

教育部从2018年开始，要求在学校普及垃圾分类回收处理的相关知识。某化学活动小组结合所学的知识对此进行一系列实践活动。

Ⅰ．活动探究

（1）学会识图分拣垃圾：下列垃圾应投入带有如图图标的垃圾箱内的是 　　（填字母序号）。

A．	塑料瓶
B．	果皮
C．	碎瓷片

（2）学会检验有害气体：含氯塑料焚烧时会产生氯化氢等气体。若要检验焚烧后的气体中有氯化氢，可将其通入 　　溶液中，有白色沉淀生成即可。

Ⅱ．实验探究：

[提出问题]如何回收处理废旧电池中的镉？

[查阅资料]

（1）废旧电池中含有镉、汞等元素，这些元素会危害人类健康。

（2）镉（Cd）从溶液中析出时呈海绵状固体。在化合物中通常表现为+2价。

（3）碳酸镉（CdCO ₃）、氢氧化镉[Cd（OH） ₂]都是白色固体、难溶于水。

[设计实验]先将废旧电池进行处理以制得硫酸镉（ CdSO ₄）溶液，用于以下实验。

实验设计	实验步骤	实验现象	实验结论
与金属反应	取少许溶液于试管中，加入足量的Zn粉，充分反应。		Zn可以置换出Cd
与碱反应	取少许溶液于试管中，加入足量的NaOH溶液，充分反应。	产生白色沉淀	用化学方程式表示为 　　。
与盐反应	取少许溶液于试管中，加入足量的 　　溶液，充分反应。	产生白色沉淀	可用该试剂除去CdSO 4．

[回收处理]

实验结束后，将反应后的混合物通过过滤、洗涤、加热，进而再制得镉。

[交流反思]

请同学们基于化学视角说明垃圾分类回收处理的重要意义 　　（答一点即可）。

自然界并不缺少镁，缺少的是发现镁的眼睛。某化学兴趣小组开启寻镁之旅，现邀请你参与并完成相关内容。

（1）第一站：初识金属镁。①金属镁的物理性质：　　（写一条）；②金属镁的化学性质：镁能与氧气反应，反应的化学方程式为　　。

（2）第二站：再遇金属镁。将打磨过的镁条放入稀盐酸中，反应现象是　　，化学方程式为　　。

（3）第三站：制备金属镁。小组同学模拟工业上从海水晒盐剩下的苦卤中提取镁，流程如下：

苦卤 $\stackrel{\mathit{加入NaOH溶液}}{\underset{\mathit{过滤}}{\to }}$Mg（OH）₂ $\stackrel{\mathit{加入X}}{\to }$MgCl₂ $\stackrel{\mathit{多步操作后通电}}{\to }$Mg，流程中X为　　。

（4）第四站：再探金属镁。

[提出问题]镁能否与热水反应？如果反应，产物是什么？

[相关信息]①Mg+2H₂O＝Mg（OH）₂+H₂↑；②氢氧化镁在热水中能部分溶解。

实验操作	实验现象	实验结论
①      ②	①    ②	镁能与热水反应，生成氢氧化镁和氢气

（5）上述寻镁之旅中你收获到镁的化学性质有　　。

氯化钠是重要的化工原料，氯碱工业生产的一种流程如图：

（1）从“海水→粗盐→精盐”的过程包括溶解、过滤、蒸发等实验操作，实验室中上述3种操作都需要使用的仪器是　　（填名称）

（2）“食盐水”中常含有NaCl、MgCl₂、CaCl₂等物质，“精制”过程中加入NaOH的目的是　　。

（3）写出“电解槽“中发生反应的化学方程式　　，流程中可以循环使用的物质有　　（填化学式）

（4）氯碱工业生产的碱样品中常含有Na₂CO₃和NaCl等杂质，用“离子交换膜法”生产的碱样品质量主要标准如下表所示

等级	氢氧化钠含量	碳酸钠含量
优等品	≥99.0%	≤0.5%
一等品	≥98.5%	≤0.8%
合格品	≥98.0%	≤1.0%

①你认为碱样品中含有Na₂CO₃的原因是　　，检验碱样品中是否含有Na₂CO₃，下列试剂中可选择使用的是　  

a．酚酞 b．稀盐酸c。澄清石灰水

②李老师设计和完成了如下实验来判断碱样品的等级。

称取20.3g碱样品，加足量水溶解，再加入足量的氯化钡溶液，充分反应后，过滤得到滤渣和滤液；将滤渣洗涤，干燥得到碳酸钡（BaCO₃）固体0.197g；向滤液中加入几滴酚酞，再逐滴加入稀盐酸至恰好完全反应，共消耗溶质质量分数为5%的稀盐酸365g。该碱样品的等级是　　（不考虑其他杂质参加反应）

硫酸亚锡（SnSO₄）广泛应用于电镀工业。该物质易与氧气反应而变质。实验室模拟工业上制取SnSO₄的一种实验方案如下：

（1）SnCl₂由Sn与盐酸反应制得，同时生成氢气，该反应的化学方程式为　↑　。

（2）Na₂CO₃俗称　　。

（3）过滤所得滤液中的溶质为　　（填化学式）。

（4）用已知质量分数和密度的浓硫酸配制质量分数为15%的稀硫酸，所需玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、胶头滴管和　　。稀释浓硫酸的正确操作为　　。

（5）反应2属于基本反应类型中的　　反应。从反应2所得溶液中获得SnSO₄晶体的部分操作须在隔绝空气条件下进行的原因是　　。

化学在改善人类生存环境，提高生活质量方面起着重要作用。

[改善环境]温室效应和酸雨会威胁珊瑚礁生存，我国开展了南海珊瑚礁生态修复工作。

（1）我们把pH　　（填“＞”、“＜”成“＝”）5.6的降雨称为酸雨。

（2）为改善生存环境，倡导“低碳”生活，建议使用清洁能源。写出一种常见的清洁能源　　。

[探测资源]近期，我国向月球背面成功发射一颗中继通信卫星，助力探测月球资源。

（1）月球上有丰富的核能原料He﹣3，He的原子结构示意图为　　 （填字母序号）

（2）月球土壤中有天然的铁、铅、银等金属颗粒。根据铁锈蚀的条件分析，铁在月球上不易锈蚀的原因可能是　　。

[研发材料]中国芯彰显中国“智”造，芯片的基材主要是高纯硅。

（1）硅元素在元素周期表中的信息如图2所示，据图可得到的信息是　　（填字母序号）

A．硅元素是非金属元素

B．硅元素的元素符号为Si

（2）如图是一种制备高纯硅的工艺流程图：

[查阅资料]常温下，氯化镁溶液呈中性。

①反应I的化学方程式：2Mg+SiO₂Si+2MgO，该反应属于　　反应（填基本反应类型）。反应Ⅱ要在无氧气环境中进行，原因是　　（答出一种即可）。

②操作I的名称是过滤，过滤时液面应　　（填“高于”或“低于”）滤纸边缘。所得粗硅应充分洗涤，以除去表面可能含有的盐酸、　　、（填化学式）。

③简要叙述检验盐酸已过量的方法　　。

④上述已知生产流程中，可以循环利用的物质是　　（填化学式）。

碳酸钠广泛用于造纸、纺织、玻璃、洗涤剂、肥皂、制革等工业，是一种重要的化工原料。吕布兰、索尔维和侯德榜为碳酸钠的工业化生产作出了巨大贡献。

I、吕布兰法

1789年，法国医生吕布兰（N．Leblanc，1742﹣1806）以食盐、浓硫酸、木炭和石灰石为原料，开创了规模化工业制取碳酸钠的先河，具体流程如图：

（1）碳酸钠俗称　　。

（2）在高温条件下，②中发生两步反应，其中一步是Na₂SO₄和木炭生成Na₂S和CO，该反应的化学方程式为　　

（3）③中“水浸”时通常需要搅拌，其目的是　　

（4）不断有科学家对吕布兰法进行改进，是因为此法有明显不足，请写出一条不足之处　　。

Ⅱ、索尔维法

1892年，比利时工程师索尔维发明氨碱法制碳酸钠，又称索尔维法。原理如下：

NaCl+NH₃+CO₂+H₂O═NaHCO₃↓+NH₄Cl

2NaHCO₃Na₂CO₃+CO₂↑+H₂O

某兴趣小组采用下列装置模拟索尔维法制备碳酸氢钠，进而制得碳酸钠。

实验操作如下：

①关闭K₁，打开K₂通入NH₃，调节气流速率，待其稳定后，打开K₁通入CO₂；

②待三颈烧瓶内出现较多固体时，关闭K₂停止通NH₃，一段时间后，关闭K₁停止通CO₂；

③将三颈烧瓶内的反应混合物过滤、洗涤、低温干燥，并将所得固体置于敞口容器中加热，记录剩余固体质量。

加热时间/min	t0	t1	t2	t3	t4	t5
剩余固体质量/g	未记录	15.3	13.7	11.9	10.6	10.6

请回答下列问题：

（5）饱和 NaHCO₃溶液的作用是除去CO₂中混有的HCl，反应的化学方程式为　　；

（6）三颈烧瓶上连接的长颈漏斗的主要作用是　　，有同学认为应该在长颈漏斗内放置一团蘸有酸液的棉花，理由是　　；关闭K₂停止通NH₃后，还要继续通一段时间CO₂，其目的是　　；

（7）根据实验记录，计算t₂时 NaHCO₃固体的分解率（已分解的 NaHCO₃质量与加热前原NaHCO₃质量的比值），请写出计算过程。

若加热前 NaHCO₃固体中还存在少量NaCl，上述计算结果将　　（填“偏大”、“偏小或“无影响”）。

（8）制碱技术在很长一段时间内把持在英、法等西方国家手中，我国化学工程专家侯德榜先生独立摸索出索尔维法并公布与众，又于1943年创造性地将制碱与制氨两种工艺联合起来，基本消除废弃物的排放，同时生产出碳酸钠和氯化铵两种产品，这就是著名的侯氏制碱法。下列认识或理解正确的是　　

①科学认识是在曲折的、艰辛的积累过程中不断进步的；

②“科技兴邦、实业救国”是侯德榜先生回国研究的巨大动力；

③侯氏制碱法大大提高了原料的利用率，它符合当今“绿色化学”的理念。