C项:
分析思路如下。
①当Mg2+尚未开始沉淀时:
随着NaOH溶液加入,[OH-]增大,两种离子浓度比值增大。
②当Mg2+开始沉淀时,Al(OH)3沉淀尚未溶解完全时,存在两种沉淀溶解平衡,故存在关系:
随着NaOH溶液加入,[OH-]增大,两种离子浓度比值增大。
故C项正确。
D项:
依据图1可知,Al3+完全沉淀时溶液的pH约为,Mg2+开始沉淀时溶液pH约为9,说明两种离子共存且浓度相等时,只有当Al3+几乎沉淀完全后,Mg2+才开始沉淀,又因为两种离子沉淀时所需要的OH-物质的量是不相同的,故产生沉淀时不应是一条直线,而是折线,如右图所示。
故D项错误。
26.(15分)
碘酸钾(KIO3)是重要的食品添加剂。
某化学兴趣小组设计下列步骤制取KIO3,并进行产品的纯度测定。
制取碘酸(HIO3)的实验装置示意图和有关资料如下:
HIO3
①白色固体,能溶于水,难溶于四氯化碳
②Ka=·L-1
KIO3
①白色固体,能溶于水,难溶于乙醇
②碱性条件下易发生反应:
ClO-+IO3-=IO4-+Cl-
回答下列问题:
步骤Ⅰ用Cl2氧化I2制取HIO3
(1)装置A中发生反应的化学方程式为。
(2)装置B中的CCl4可以加快反应速率,原因是。
(3)反应结束后,获取HIO3溶液的操作中,所需玻璃仪器有烧杯、和。
步骤Ⅱ用KOH中和HIO3制取KIO3
(4)该中和反应的离子方程式为。
中和之前,应将上述HIO3溶液煮沸至接近无色,否则中和时易生成(填化学式)而降低KIO3的产量。
(5)往中和后的溶液中加入适量,经搅拌、静置、过滤等操作,得到白色固体。
(6)为验证产物,取少量上述固体溶于水,滴加适量SO2饱和溶液,摇匀,再加入几滴淀粉溶液,溶液变蓝。
若实验时,所加的SO2饱和溶液过量,则无蓝色出现,原因是。
步骤Ⅲ纯度测定
(7)取g产品于碘量瓶中,加入稀盐酸和足量KI溶液,用mol·L-1Na2S2O3溶液滴定,接近终点时,加入淀粉指示剂,继续滴定至终点,蓝色消失(I2+2S2O32-=2I-+S4O62-)。
进行平行实验后,平均消耗Na2S2O3溶液的体积为mL。
则产品中KIO3的质量分数为。
[M(KIO3)=g·mol-1]
【答案】
(1)KClO3+6HCl(浓)=KCl+3Cl2↑+3H2O
(2)I2和Cl2易溶于CCl4,增大了反应物浓度
(3)分液漏斗玻璃棒
(4)HIO3+OH-=IO3-+H2O
KIO4
(5)乙醇(或“酒精”“C2H5OH”)
(6)过量的SO2将IO3-(或I2)还原为I-
(或“3SO2+IO3-+3H2O=I-+3SO42-+6H+”
或“SO2+I2+2H2O=2I-+SO42-+4H+”等其他合理答案)
(7)%
【试题背景】本实验以化学兴趣小组设计并实施的实验过程为依托,以碘酸钾制取、分离、检验、纯度测定等实验步骤和操作为试题载体,围绕真实实验过程中的实验原理、实验操作中遇到的问题及其解决办法展开设问,检测学生的实验探究能力、获取有效信息与知识迁移应用的能力。
本实验主要过程可表示如下:
综合实验就是一个探究的微项目,先从整体上把握实验体系,从题目给定的实验基本步骤和有关信息中了解化学实验原理、实验装置原理和实验操作原理。
本实验的要点:
制取碘酸时除了反应物Cl2、I2、H2O外,另外还加入CCl4作溶剂;从KIO3水溶液中分离出KIO3,采用加入乙醇的方法使其析出,而中学化学通常采用先浓缩后结晶的方法;检验KIO3性质时,若条件控制不当,无预期实验现象出现,要求学生进行原因分析等。
【命题立意】试题以碘酸钾的制取与纯度测定为载体,全面检测化学实验基础知识、基本技能(如物质的分离,分液、结晶方法的运用等),考查学生信息获取能力、分析推理能力、实验设计与评价能力、数据处理能力,诊断科学探究与创新意识的学科核心素养水平。
【解题思路】
(1)从实验原理和装置图可知,装置A用于制取氯气,依据氧化还原反应原理,即可写出发生反应的化学方程式为KClO3+6HCl(浓)=KCl+3Cl2↑+3H2O
(2)由于Cl2、I2在水中溶解度小,在CCl4中溶解度却很大,能增大反应物浓度,使反应速率显著加快。
(3)依据物质信息可知,B中反应后产生的碘酸主要在水溶液中且与CCl4互不相溶,所以必须采用分液法以获取碘酸溶液。
(4)依据题中信息可知HIO3属于弱电解质,在离子方程式中不能用离子表示;中和之前溶液中存在较多Cl2,通过加热煮沸可以除去Cl2,避免中和时Cl2转化为ClO-,进一步将IO3-氧化为IO4-,从而导致KIO3产量下降。
(5)KIO3在乙醇中的溶解度较低,加入适量乙醇可以使KIO3从溶液中析出;
(6)依题意可知,少量饱和SO2水溶液能将KIO3还原为I2,但加入过量饱和SO2水溶液却无蓝色出现,应该能推知+4价S元素具有强还原性,也能将KIO3、I2等还原为I-;
(7)依据KIO3~3I2~6S2O32-关系式即可计算结果。
27.(14分)
利用脆硫铅锑矿(主要成分为Pb4FeSb6S14)制取锑白(Sb2O3)的湿法冶炼工艺流程如下图所示。
已知:
①锑(Sb)为ⅤA族元素,Sb2O3为两性氧化物;
②“水解”时锑元素转化为SbOCl沉淀;
③Ksp[Fe(OH)2]=×10-16mol3·L-3,Ksp[Fe(OH)3]=×10-38mol4·L-4
回答下列问题:
(1)“氯化浸出”后的滤液中含有两种锑的氯化物,分别为SbCl3和(填化学式)。
滤渣ⅰ中所含的反应产物有PbCl2和一种单质,该单质是。
(2)“还原”是用锑粉还原高价金属离子。
其中,Sb将Fe3+转化为Fe2+的离子方程式为,该转化有利于“水解”时锑铁分离,理由是。
(3)“还原”用的Sb可由以下方法制得:
用Na2S—NaOH溶液浸取辉锑精矿(Sb2S3),将其转化为Na3SbS3(硫代亚锑酸钠)—NaOH溶液。
按下图所示装置电解后,阴极上得到Sb,阴极区溶液重新返回浸取作业,阴极的电极反应式为。
该装置中,隔膜是(填“阳”或“阴”)离子交换膜。
(4)“中和”时若用NaOH溶液代替氨水,Sb2O3可能会转化为(填离子符号),使锑白的产量降低。
(5)锑白也可用火法冶炼脆硫铅锑矿制取,该法中有焙烧、烧结、还原和吹炼等生产环节。
与火法冶炼相比,湿法冶炼的优点有(任写一点)。
【答案】
(1)SbCl5
硫(或“S”等其他合理答案)
(2)Sb+3Fe3+=3Fe2++Sb3+
Fe2+比Fe3+更不易水解生成沉淀
(3)SbS33-+3e-=Sb+3S2-
阳
(4)SbO33-(或“[Sb(OH)4]-”“SbO2-”)
(5)能耗低(或“安全性高”等其他合理答案)
【命题立意】本题以“脆硫铅锑矿(Pb4FeSb6S14)为原料制取锑白(Sb2O3)的工艺流程”为载体,呈现真实的问题情境。
将化学研究的基本思想与方法融于试题之中,具体考查了元素化合物知识、物质的性质与应用、氧化还原原理、离子方程式、电极反应式的书写、电解池的工作原理、绿色化学等。
通过观察以脆硫铅锑矿为原料制取锑白的流程图,从“氯化浸出”“还原”“水解”“中和”等工艺环节中,围绕锑元素的价态转化、杂质元素的分离、产品的提纯等,考查考生接受、吸收与整合化学信息的能力,以中学化学基础知识为工具解决实际问题的能力,独立思考能力、综合分析问题的能力。
【解题思路】对大部分考生而言,锑元素及其化合物都是陌生的。
这就需要考生充分挖掘利用题给信息,实现知识的迁移。
“氯化浸出”是将矿粉加水后再通入Cl2浸取后得到滤渣i和滤液,Cl2将脆硫铅锑矿中低价锑氧化到高价,结合“锑为VA族元素”等题给信息,不难得出滤液中所含的另一种锑的氯化物为SbCl5。
Cl2是一种常见的强氧化剂,氧化Sb3+的同时也会将Fe2+氧化成Fe3+,S2-必然被氧化,结合题设可推知“氯化浸出”后的滤液中含SbCl5,滤渣中除了PbCl2外,还含有的一种单质是S单质。
“还原”过程是向所得滤液中加入锑粉。
锑粉有还原性,加入锑还原高价金属离子,将+5价锑还原成+3价锑,选择锑粉作还原剂,一是因为锑粉不会引入新杂质离子,二是将Fe3+还原成Fe2+,有利于下一步“水解”分离得到SbOCl。
明确还原后锑元素的价态,就很容易书写出Fe3+转化为Fe2+的离子方程式了。
“水解”的目的是锑铁分离,这是本题的难点。
学生做题可能已经形成思维定势:
铁元素的分离通常采用的是将Fe2+氧化成Fe3+,向体系中加碱调节pH,利用Fe3+易水解形成沉淀而除去。
如若按照这个思路阶梯,就会陷入困境。
此题中信息②给出水解的目的是将锑元素转化为SbOCl沉淀,因此要迅速推断杂质元素铁分离不是采用常规方法,而是Fe3+转化为Fe2+后,Fe2+更不易水解,留在滤液中,实现锑铁分离。
“中和”是向水解所得的SbOCl沉淀中加入氨水,使锑元素转化为Sb2O3·nH2O,利用氨水中和SbOCl水解产生的HCl,使平衡右移。
Sb2O3是两性氧化物,若使用NaOH代替氨水,可能会因NaOH过量而使Sb2O3转化为可溶性的[Sb(OH)4]-(或“SbO2-”“SbO33-”),从而导致锑白产量降低。
本题第3问考查电化学原理知识,包含电极反应式的书写、电解质溶液中离子的移动方向、电解池中隔膜类型的判断。
根据题给信息,电解池阴极上得到Sb,可知阴极的电极反应式是:
SbS33-+3e-=Sb+3S2-,阴极区溶液中c(S2-)增大,阳极区溶液中的Na+穿过隔膜进入阴极区,因此隔膜应选用阳离子交换膜,阴极区生成的Na2S溶液可以返回浸取作业。
本题最后一问考查的是工业湿法冶炼与火法冶炼两种冶炼方法的优缺点比较。
对比两种冶炼方法涉及的步骤可知,湿法冶炼的主要优点是耗能低。
28.(14分)
氧气是一种常见的氧化剂,用途广泛。
回答下列问题:
(1)用H2O2制取O2时,分解的热化学方程式为:
2H2O2(aq)=2H2O(l)+O2(g)ΔH=akJ·mol-1
①相同条件下,H2O2分解时,无论是否使用催化剂,均不会改变的是(填标号)。
A.反应速率B.反应热C.活化能D.生成物
②以Fe3+作催化剂时,H2O2的分解反应分两步进行,第一步反应为:
H2O2(aq)+2Fe3+(aq)=2Fe2+(aq)+O2(g)+2H+(aq)ΔH=bkJ·mol-1
第二步反应的热化学方程式为。
(2)工业上用Cl2生产某些含氯有机物时产生HCl副产物,可用O2将其转化为Cl2,实现循环利用[O2(g)+4HCl(g)2Cl2(g)+2H2O(g)]。
将1molO2和4molHCl充入某恒容密闭容器中,分别在T1和T2的温度下进行实验,测得容器内总压强(p)与反应时间(t)的变化关系如右图所示。
①该反应的速率v=kca(O2)·cb(HCl)(k为速率常数),下列说法正确的是(填标号)。
A.使用催化剂,k不变
B.温度升高,k增大
C.平衡后分离出水蒸气,k变小
D.平衡后再充入1molO2和4molHCl,反应物转化率都增大
②T1T2(填“>”或“<”)。
该反应的ΔH0(填“>”或“<”),判断的依据是。
③T2时,HCl的平衡转化率=,反应的Kx=(Kx为以物质的量分数表示的平衡常数)。
【答案】
(1)①BD
②H2O2(aq)+2Fe2+(aq)+2H+(aq)=2Fe3+(aq)+2H2O(l)ΔH=(a-b)kJ·mol-1
(2)①BD
②<
<
T1、T2的平衡体系中气体减少量分别为n(T1)=
=
n(T2)=
=,所以T1平衡时转化率更大
③50%
【命题立意】本题综合考查了催化剂的概念及其对化学反应的影响、化学反应速率影响因素、热化学方程式的书写、ΔH判断、平衡转化率及平衡常数计算等。
题中给出的信息较为丰富,考查学生通过观察图形获取有关感性认识和印象进行加工与吸收的能力,又考查了从试题提供的新信息中准确提取实质性内容并与已有知识板块整合进而重组为新知识块的能力,还考查将实际问题分解,运用相