物质制备与工艺流程分析型实验题复习学案Word文档格式.docx
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反应结束后的操作包括:
①停止通N2 ②熄灭酒精灯
③冷却至室温。
正确的顺序为________(填序号)。
欲分离D中的液态混合物,所采用操作的名称是________。
审题指导
题干信息:
反应条件是无水无氧,因而要先排空气,且要保持反应装置内干燥。
装置图信息:
A的作用干燥氮气,B处产生CCl4(g),C为核心反应装置,D为冷凝装置,E为干燥装置,防止空气中的水蒸气进入。
表格信息:
根据CCl4和TiCl4的沸点可知在冰水中都会液化,分离可用蒸馏。
问题信息:
回答操作顺序,联系题干信息和装置特点知,N2必须进行干燥处理(干燥管);
然后通过N2排除系统内的空气(O2),点燃酒精灯,使反应发生;
为了防止倒吸,反应结束后,应先熄灭酒精灯。
(2)工业上由钛铁矿(FeTiO3)(含Fe2O3、SiO2等杂质)制备TiO2的有关反应包括:
酸溶 FeTiO3(s)+2H2SO4(aq)===FeSO4(aq)+TiOSO4(aq)+2H2O(l)
水解 TiOSO4(aq)+2H2O(l)
H2TiO3(s)+H2SO4(aq)
简要工艺流程如下:
①试剂A为________。
钛液Ⅰ需冷却至70℃左右,若温度过高会导致产品TiO2回收率降低,原因是______________________________________________________________________________________________________________________________。
②取少量酸洗后的H2TiO3,加入盐酸并振荡,滴加KSCN溶液后无明显现象,再加H2O2后出现微红色,说明H2TiO3中存在的杂质离子是________。
这种H2TiO3即使用水充分洗涤,煅烧后获得的TiO2也会发黄,发黄的杂质是______________(填化学式)。
Fe2O3杂质可溶于硫酸;
FeTiO3酸溶后的产物TiOSO4易水解。
流程图信息:
试剂A是将溶液中的Fe3+转化为Fe2+。
①解释TiO2的回收率,联系题干信息,从水解的视角。
②Fe2+的检验方法;
含Fe2+的溶液蒸干后变为Fe2O3。
解析
(1)注意审题,该反应是在无水无氧条件下制备的;
安装完装置,首先检查气密性,然后装入药品。
根据反应条件,N2必须进行干燥处理(干燥管)。
然后通过N2排除系统内的空气(O2),点燃酒精灯,使反应发生。
为了防止倒吸,反应结束后,应先熄灭酒精灯,再冷却到室温,最后停止通N2。
在D中冷凝的液体有CCl4和TiCl4,根据沸点不同,可采用分馏的方法分离。
(2)①加入H2SO4,除发生FeTiO3酸溶外,还发生反应Fe2O3+6H+===2Fe3++3H2O,为了使Fe3+转化成Fe2+,所以应加入Fe粉(A),钛液中含有FeSO4和TiOSO4,考虑到温度越高,TiOSO4的水解程度越大,造成TiOSO4提前水解生成H2TiO3沉淀,在过滤时,造成钛损失。
②由于Fe2+不可能全部结晶生成绿矾,造成H2TiO3中含Fe2+,滴入H2O2发生反应
2Fe2++2H++H2O2===2Fe3++2H2O,所以当加入KSCN后,显红色,由于在H2TiO3中含Fe2+,所以煅烧后会发生反应生成Fe2O3,造成TiO2发黄。
答案
(1)干燥管 浓H2SO4 检查气密性
②③① 分馏(或蒸馏)
(2)①Fe 温度过高会导致TiOSO4提前水解,产生H2TiO3沉淀 ②Fe2+ Fe2O3
题组一 气体制备方案探究
1.N2在诸多领域用途广泛。
某化学兴趣小组为探究在实验室制备较为纯净N2的方法,进行了认真的准备。
请你参与交流与讨论。
[查阅资料]N2的制法有下列三种方案:
方案1:
加热NaNO2和NH4Cl的浓溶液制得N2。
方案2:
加热条件下,以NH3还原CuO可制得N2,同时获得活性铜粉。
方案3:
将空气缓缓通过灼热的铜粉获得较纯的N2。
[实验准备]以实验室常见仪器(药品)等设计的部分装置如下图(有的夹持和加热仪器未画出)。
[分析交流]
(1)若以方案1制得N2,应选择的发生装置是________________________________。
(2)若按方案2制得干燥、纯净的N2,且需要的NH3以生石灰和浓氨水作原料,整套制气装置按气流从左到右的连接顺序是______________(填写序号)。
获得N2的反应原理是
________________________________________________________________________(写反应方程式)。
(3)若以排水法收集N2,其中会混入水蒸气。
但也不宜用排空气法,其原因是________________________________________________________________________。
你提出的收集方法是____________________________________________________。
(4)上述三个方案中,制得的N2纯度最差的是__________。
在N2纯度要求不甚严格的情况下,有人建议将方案2和方案3结合使用,你认为其优点是__________________。
答案
(1)A
(2)E→D→B→C 2NH3+3CuO
3Cu+N2+3H2O
(3)N2的相对分子质量28与空气的平均相对分子质量相近(用气体密度大小比较回答问题也可) 用气囊收集(其他合理答案也可)
(4)方案3 CuO和Cu可循环利用,节省药品
解析
(1)采用反应器的特点与反应物的状态以及反应条件有关,方案1为加热两种液态物质,符合此条件的只有A设备。
(2)方案2为固体和气体的反应,反应器应选择B,但要求通入的氨气干燥且纯净,利用浓氨水和生石灰反应制取氨气为固液不加热的装置,选择E,但同时有水蒸气生成,因此利用碱石灰来干燥,反应完毕后产生的水蒸气与没有参与反应的氨气与氮气一同导出,利用浓硫酸既可以除去水,又可以除去氨气。
(3)排气法收集气体主要是利用气体密度的差别。
因此利用可以直接排空内部空气的装置来收集氮气。
(4)方案3利用了除去空气中的氧气即得氮气的原理,空气中除了氧气和氮气外还有二氧化碳和稀有气体,因此不纯净。
2.实验室用KClO3和浓盐酸反应也可以制备氯气。
某研究性学习小组利用如图所示装置在实验室中制取Cl2并探究其相关性质:
(1)装置A中存在一处错误,请改正这处错误:
_______________________________。
(2)写出装置A中发生反应的化学方程式:
_____________________________________
________________________________________________________________________。
(3)为了除去氯气中的氯化氢,需要在装置A、B之间添加装置E,装置E中所盛装的试剂为________________。
为了探究使有色布条褪色的是氯气还是氯气与水反应的生成物,需要在整套装置中添加装置E,其中加入浓硫酸,装置E在整套装置中的添加位置为________(填序号)。
a.A、B之间b.B、C之间
c.C、D之间d.D之后
(4)取下集气瓶B,将铁丝加热至红热状态,伸入集气瓶B中,可以观察到的现象是______________________,能检验该反应产物中铁元素价态的试剂是________(填序号)。
a.氯水b.蒸馏水和铁粉
c.氢氧化钠溶液d.KSCN溶液
(5)另外一个化学学习小组就环境保护方面指出了上述装置的缺陷,并给出了改进措施,该改进措施是_____________________________________________________________
__________________________。
答案
(1)长颈漏斗换为分液漏斗
(2)KClO3+6HCl(浓)===KCl+3Cl2↑+3H2O
(3)饱和食盐水 b
(4)集气瓶内有棕褐色烟产生 bcd
(5)在装置D后增加一个盛装碱液的装置,用碱液吸收剩余的氯气
解析
(1)长颈漏斗与分液漏斗的结构不同,前者无控制活塞,不能控制液体的添加量,而且制备的气体会从“长颈”中逸出。
(2)该反应中,氯酸钾是氧化剂,将HCl氧化,氧化产物即氯气。
(3)干燥的氯气没有漂白作用,而制备的氯气中往往含有水蒸气,为了排除水蒸气对探究氯气不具备漂白作用的干扰,需要对氯气进行干燥。
(4)铁丝在氯气中的燃烧产物为氯化铁。
氯水与氯化铁不反应;
氯化铁溶液与铁粉可以发生反应,生成氯化亚铁;
氯化铁与氢氧化钠溶液反应生成红褐色的氢氧化铁沉淀;
铁离子与KSCN溶液反应,现象为溶液变血红色。
(5)氯气有毒,实验中需要对尾气进行处理。
题组二 非气体物质的制备实验探究
3.某实验小组利用如下装置(部分固定装置略去)制备氮化钙(Ca3N2),并探究其实验式。
(1)按图连接好实验装置。
检查装置的气密性,方法是
(2)反应过程中末端导管必须始终插入试管A的水中,目的是__________________。
(3)制备氮化钙的操作步骤是:
①打开活塞K并通入N2;
②点燃酒精灯,进行反应;
③反应结束后,________;
④拆除装置,取出产物。
(4)数据记录如下:
空瓷舟质
量m0/g
瓷舟与钙的
质量m1/g
瓷舟与产物
的质量m2/g
14.80
15.08
15.15
①计算得到实验式CaxN2,其中x=________。
②若通入的N2中混有少量O2,请比较x与3的大小,并给出判断依据:
____________。
答案
(1)关闭活塞K,微热反应管,试管A中有气泡冒出,停止加热;
冷却后若末端导管中水柱上升且高度保持不变,说明装置气密性良好
(2)防止空气中的氧气通过末端导管进入实验装置,氧化单质钙,生成氧化钙,引入杂质
(3)熄灭酒精灯,待玻璃管冷却至室温,停止通入氮气,并关闭活塞
(4)①2.80 ②x<3,产物中生成了CaO
解析
(2)要保证整个装置不能混入其他气体;
(3)一定要使玻璃管冷却后再停止通入氮气流;
(4)要确定x值必须求出钙和氮的原子个数比,根据题目所给的数据可做如下计算①m(Ca)=(15.08-14.80)g=0.28g,m(N)=(15.15-15.08)g=0.07g,则n(Ca)∶n(N)=
∶
=7∶5,则x=
;
②若通入的N2中混有少量O2,则产物中就有可能混有了CaO,而Ca3N2中钙的质量分数为81.08%,CaO中钙的质量分数为71.43%,所以产物中混有了CaO会导致钙的质量分数减小,x的值偏小。
4.碱式碳酸铜[Cu2(OH)2CO3]是一种用途广泛的化工原料,实验室以废铜屑为原料制取碱式碳酸铜的步骤如下:
步骤一:
废铜屑制硝酸铜
如图,用胶头滴管吸取浓硝酸缓慢加到锥形瓶内的废铜屑中(废铜屑过量),充分反应后过滤,得到硝酸铜溶液。
步骤二:
碱式碳酸铜的制备
向大试管中加入碳酸钠溶液和硝酸铜溶液,水浴加热至70℃左右,用0.4mol·
L-1的NaOH溶液调节pH至8.5,振荡,静置,过滤,用热水洗涤,烘干,得到碱式碳酸铜产品。
完成下列填空:
(1)写出浓硝酸与铜反应的离子方程式_______________________________________
(2)上图装置中NaOH溶液的作用是________________________________________
(3)步骤二中,水浴加热所需仪器有________、________(加热、夹持仪器、石棉网除外),水浴加热的优点是________________________________________________________
(4)若实验得到2.42g样品(只含CuO杂质),取此样品加热至分解完全后,得到1.80g固体,此样品中碱式碳酸铜的质量分数是________。
答案
(1)Cu+4H++2NO
===Cu2++2NO2↑+2H2O
(2)吸收氮氧化物
(3)烧杯 温度计 受热均匀,温度易于控制
(4)91.74%
解析
(1)铜与浓硝酸反应生成NO2,其离子方程式为Cu+4H++2NO
===Cu2++2NO2↑+2H2O。
(2)NO2有毒,可与氢氧化钠溶液反应生成硝酸盐和亚硝酸盐。
(3)水浴加热可使被加热物体受热均匀,且温度易于控制。
水浴加热所需仪器除了热源、夹持仪器、石棉网外,还必须有烧杯、温度计。
(4)Cu2(OH)2CO3分解反应方程式为Cu2(OH)2CO3
2CuO+CO2↑+H2O,用差量法求解
=
解得m=2.22g
样品中碱式碳酸铜的质量分数=
×
100%≈91.74%。
反思归纳
制备装置的识图技巧
①明确目的;
②所制备物质是否有特殊性质(即是否需要特殊保护);
③制备过程中是否产生有毒气体等;
④进入每一装置的物质是什么,吸收了什么物质或产生了什么物质。
热点二 工艺流程中的实验分析
工艺流程的命题来源很广,与各个知识模块的结合点较多,因此分析工业生产工艺流程题时,应将流程路线,试题设问和理论知识有机结合起来,它常常结合工艺流程考查基本化学实验问题,可以说它是无机框图题的创新。
流程的呈现形式有:
①操作流程;
②物质变化流程;
③装置流程。
解题时首先要明确原料和产品(包括副产品),即箭头进出方向,其次依据流程图分析反应原理,紧扣信息,搞清流程中每一步发生了什么反应——知其然,弄清有关反应原理,明确目的(如沉淀反应、除杂、分离)——知其所以然,最后联系储存的知识,有效地进行信息的利用,准确表述和工整书写。
由于工艺流程常与溶液的配制、物质的分离及定量测定等基本操作有机结合起来,所以只有复习时牢固掌握实验基础知识,才能有效结合题中的信息,准确答题。
【典例1】 明矾石是制取钾肥和氢氧化铝的重要原料,明矾石的组成和明矾相似,此外还含有氧化铝和少量的氧化铁杂质。
具体实验流程如下:
请回答下列问题:
(1)操作1所用到的玻璃仪器的名称是____________。
(2)由溶液3制取氢氧化铝的离子方程式为____________________________________
(3)明矾石焙烧时产生SO2,请你写出能验证SO2具有还原性且实验现象明显的化学方程式:
______________。
(4)请你写出验证溶液1中有NH
的实验过程:
________________________。
(5)实验室用Fe2O3与CO反应来制取单质Fe。
①请按气流由左到右的方向连接下列各装置,顺序为A→________。
②检查装置A气密性的方法是___________________________________________。
③在点燃B处的酒精灯前,应进行的操作是__________。
④装置C的作用是________________。
解析
(1)操作1是过滤,过滤操作所需要的玻璃仪器为玻璃棒、烧杯和漏斗。
(2)经氨水浸泡,过滤得到固体氢氧化铝和少量氧化铁固体,再加入试剂1氢氧化钠溶液并过滤,得到溶液3偏铝酸钠溶液,最后通入CO2得到氢氧化铝。
(3)检验SO2的还原性方法较多,可以用氯水、溴水或酸性高锰酸钾溶液来检验SO2具有还原性。
(4)检验NH
时,应先加入浓NaOH溶液,然后加热,再用湿润的红色石蕊试纸或蘸有浓盐酸的玻璃棒进行检验。
(5)先用NaOH溶液除去CO中的CO2杂质,再通过碱石灰吸收水蒸气,再通过B中红热的氧化铁,再通过NaOH溶液洗气除去反应产生的CO2,最后点燃未反应的CO。
答案
(1)玻璃棒、烧杯和漏斗
(2)[Al(OH)4]-+CO2===Al(OH)3↓+HCO
(3)SO2+Cl2+2H2O===H2SO4+2HCl(其他合理答案也可) (4)取少量溶液1,加入浓NaOH溶液后加热,有能使湿润的红色石蕊试纸变蓝的气体产生,证明有NH
(其他合理答案也可) (5)①E→B→C→D ②将导气管插入水槽中,关闭弹簧夹a和活塞b,微热圆底烧瓶,导管口有气泡产生,撤去热源,导管中形成一段稳定的水柱 ③检查CO的纯度 ④除去CO中的CO2,有利于点燃CO
【典例2】 化工流程规范答题
(14分)工业生产纯碱的工艺流程示意图如下:
(1)粗盐水加入沉淀剂A、B除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑厂),写出A、B的化学式。
A____________,B____________。
(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为:
取样、__________、沉淀、________、________、冷却结晶、________、烘干。
(3)工业生产纯碱工艺流程中,碳酸化时产生的现象是__________________________
碳酸化时没有析出碳酸钠晶体,其原因是____________________________________
(4)碳酸化后过滤,滤液D最主要的成分是______________________(填写化学式),检验这一成分的阴离子的具体方法是:
_________________________________________。
(5)氨碱法流程中氨是循环使用的,为此,滤液D加入石灰水产生氨。
加石灰水时所发生的反应的离子方程式为_____________________________________________________
批阅现场
评卷人
007
得分
3
纠错
错误1:
_________________________________________________________________
错误2:
错误3:
错误4:
错误5:
答案
(1)Ca(OH)2或CaO Na2CO3
(2)溶解 过滤 蒸发 过滤
(3)出现浑浊(或有晶体析出) 碳酸钠的溶解度比碳酸氢钠大
(4)NH4Cl 取少量滤液于洁净的试管中,加硝酸酸化,再加入AgNO3,有白色沉淀产生,证明含有阴离子Cl-
(5)NH
+OH-===NH3·
H2O
题组一 操作流程型
1.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)的生产流程示意图:
胆矾和石膏在不同温度下的溶解度(g/100g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
(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:
________________________________________________________________________。
答案
(1)Fe(OH)3
(2)3Cu+2HNO3+3H2SO4===3CuSO4+2NO↑+4H2O
(3)100
(4)冷却
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- 物质 制备 工艺流程 分析 实验 复习