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考点20 化学实验方案的设计与评价
一、非选择题
1.(2012·江苏高考·16)利用石灰乳和硝酸工业的尾气(含NO、NO2)反应,既能净化尾气,又能获得应用广泛的Ca(NO2)2,其部分工艺流程如下:
(1)一定条件下,NO 与NO2存在下列反应:NO(g)+NO2(g)
N2O3(g),其平衡常数表达式为
K= 。
(2)上述工艺中采用气-液逆流接触吸收(尾气从吸收塔底进入,石灰乳从吸收塔顶喷淋),其目是 ;
滤渣可循环使用,滤渣的主要成分是 (填化学式)。
(3)该工艺需控制NO 和NO2物质的量之比接近1∶1。若n(NO)∶n(NO2)>1∶1,则会导致 ;若n(NO)∶n(NO2)<1∶1,则会导致 。
(4)生产中溶液需保持弱碱性,在酸性溶液中Ca(NO2)2会发生分解,产物之一是NO,其反应的离子方程式_________ 。
【解题指南】解答本题时应依据所给流程结合氮氧化物的性质和有关化学原理分析整个过程中发生的化学反应和有关操作。
【解析】(1)根据反应方程式,书写有关平衡常数表达式;
(2)逆流有利于气体的吸收,滤渣应为没有溶解的物质,结合流程中涉及的相关物质可知滤渣主要成分为氢氧化钙;
(3)根据化合价,一氧化氮和二氧化氮物质的量之比为1∶1,刚好转化为 Ca(NO2)2;当一氧化氮多时,一氧化氮将过剩;当二氧化氮多时,将会有高价氮氧化物生成;
(4)Ca(NO2)2转化为 NO,氮化合价降低,其他产物中定有元素化合价升高,结合质量守恒、电荷守恒和电子守恒书写反应式,注意酸性条件。 答案:(1)
(2)使尾气中的NO、NO2被充分吸收 Ca(OH)2
(3)排放气体中NO含量升高 产品Ca(NO2)2中Ca(NO3)2含量升高 (4)3NO2+2H
-+
NO3+2NO↑+H2O
-
2.(2012·江苏高考·19)废弃物的综合利用既有利于节约资源,又有利于保护环境。实验室利用废旧电池的铜帽(Cu、Zn总含量约为99%)回收Cu 并制备ZnO 的部分实验过程如下:
(1)①铜帽溶解时加入H2O2的目的是 _(用化学方程式表示)。
②铜帽溶解完全后,需将溶液中过量的H2O2除去。除去H2O2的简便方法是 。
(2)为确定加入锌灰(主要成分为Zn、ZnO,杂质为铁及其氧化物)的量,实验中需测定除去H2O2后溶液中Cu的含量。实验操作为:准确量取一定体积的含有Cu的溶液于带塞锥形瓶中,加适量水稀释,调节溶液pH=3～4,加入过量的KI,用Na2S2O3标准溶液滴定至终点。上述过程中反应的离子方程式如下: 2Cu+4I
2-2+
-2+
2+
2CuI(白色)↓+I2 2I+S4O6
-2-
2S2O3+I2
①滴定选用的指示剂为 ,滴定终点观察到的现象为 。
②若滴定前溶液中的H2O2没有除尽,所测定的Cu含量将会 (填“偏高”、“偏低”或“不变”)。
(3)已知pH>11 时Zn(OH)2能溶于NaOH 溶液生成。下表列出了几种离子生成氢氧化物沉淀的pH(开始沉淀的pH 按金属离子浓度为1.0 mol·L计算)。 Fe Fe Zn 2+2+3+-12-2+
开始沉淀的pH 1.1 5.8 5.9 -1
-1
沉淀完全的pH 3.2 8.8 8.9 实验中可选用的试剂:30%H2O2、1.0 mol·LHNO3、1.0 mol·LNaOH。由除去铜的滤液制备ZnO 的实验步骤依次为:① ;② ;
③过滤;④ ;⑤过滤、洗涤、干燥;⑥900 ℃煅烧。 【解题指南】可按以下思路解答本题:
【解析】(1)①结合第(1)问要求将铜帽溶解可知其目的是将铜溶解;②双氧水受热易分解; (2)①淀粉遇碘显蓝色;
②若双氧水没除尽,铜离子与双氧水均能氧化碘离子产生碘,碘与硫代硫酸钠反应,导致硫代硫酸钠用量增大,所测铜离子含量将会偏高;
(3)结合给出离子沉淀的pH和实验步骤,应先用双氧水将Fe氧化为Fe,使Fe完全转化为沉淀,过滤除去后,继续调节pH使Zn转化为氢氧化锌,再过滤、洗涤、干燥、煅烧得氧化锌。 答案:(1)①Cu+H2O2+H2SO4②加热(至沸)
(2)①淀粉溶液 蓝色褪去 ②偏高
(3)①向滤液中加入适量30% H2O2,使其充分反应
②滴加1.0 mol·L NaOH,调节溶液pH约为5(或3.2≤pH<5.9),使Fe沉淀完全
④向滤液中滴加1.0 mol·L NaOH,调节溶液pH约为10(或8.9≤pH≤11),使Zn沉淀完全 3.(2012·安徽高考·27)亚硫酸盐是一种常见食品添加剂。为检验某食品中亚硫酸盐含量(通常以1 kg样品中含SO2的质量计)。某研究小组设计了如下两种实验流程:
-1
2+
-1
3+
2+
2+
3+
3+
CuSO4+2H2O
(1)气体A的主要成分是 。为防止煮沸时发生暴沸,必须先向烧瓶中加入 ;通入N2的目的是 。
(2)写出甲方案第①步反应的离子方程式 。
(3)甲方案第②步滴定前,滴定管需用NaOH标准溶液润洗,其操作方法是 。
(4)若用盐酸代替稀硫酸处理样品,则按乙方案实验测定的结果 (填“偏高”、“偏低”