备战高考化学《化水溶液中的离子平衡的综合》专项训练附答案解析.docx

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备战高考化学《化水溶液中的离子平衡的综合》专项训练附答案解析

2020-2021备战高考化学《化水溶液中的离子平衡的综合》专项训练附答案解析

一、水溶液中的离子平衡

1.实验室以工业废渣(主要含CaSO4·2H2O,还含少量SiO2、Al2O3、Fe2O3)为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体,其实验流程如下:

(1)室温下,反应CaSO4(s)+

(aq)

CaCO3(s)+

(aq)达到平衡,则溶液中

=________[Ksp(CaSO4)=4.8×10−5,Ksp(CaCO3)=3×10−9]。

(2)将氨水和NH4HCO3溶液混合,可制得(NH4)2CO3溶液,其离子方程式为________;浸取废渣时,向(NH4)2CO3溶液中加入适量浓氨水的目的是________。

(3)废渣浸取在如图所示的装置中进行。

控制反应温度在60~70℃,搅拌,反应3小时。

温度过高将会导致CaSO4的转化率下降,其原因是________;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,实验中提高CaSO4转化率的操作有________。

(4)滤渣水洗后,经多步处理得到制备轻质CaCO3所需的CaCl2溶液。

设计以水洗后的滤渣为原料,制取CaCl2溶液的实验方案:

______[已知pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全;pH=8.5时Al(OH)3开始溶解。

实验中必须使用的试剂:

盐酸和Ca(OH)2]。

【来源】2019年江苏卷高考化学试题

【答案】1.6×104

+NH3·H2O

+

+H2O(或

+NH3·H2O

+

+H2O)增加溶液中

的浓度,促进CaSO4的转化温度过高,(NH4)2CO3分解加快搅拌速率在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测量溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤

【解析】

【分析】

(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)

CaCO3(s)+SO42-(aq)的平衡常数表达式为

,结合CaSO4和CaCO3的Ksp计算;

(2)氨水与NH4HCO3反应生成(NH4)2CO3;加入氨水抑制(NH4)2CO3的水解;

(3)温度过高,(NH4)2CO3分解,使CaSO4转化率下降;保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合反应的特点从影响反应速率的因素分析;

(4)根据工业废渣中的成分知,浸取、过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,同时Al2O3、Fe2O3转化成AlCl3、FeCl3,过滤除去SiO2,结合题给已知,再利用Ca(OH)2调节pH除去Al3+和Fe3+。

【详解】

(1)反应CaSO4(s)+CO32-(aq)

CaCO3(s)+SO42-(aq)达到平衡时,溶液中

=

=

=

=1.6×104。

答案:

1.6×104

(2)NH4HCO3属于酸式盐,与氨水反应生成(NH4)2CO3,反应的化学方程式为NH4HCO3+NH3·H2O=(NH4)2CO3+H2O[或NH4HCO3+NH3·H2O

(NH4)2CO3+H2O],离子方程式为HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2O

NH4++CO32-+H2O);浸取废渣时,加入的(NH4)2CO3属于弱酸弱碱盐,溶液中存在水解平衡:

CO32-+NH4++H2O

HCO3-+NH3·H2O,加入适量浓氨水,水解平衡逆向移动,溶液中CO32-的浓度增大,反应CaSO4(s)+CO32-(aq)

CaCO3(s)+SO42-(aq)正向移动,促进CaSO4的转化。

答案:

HCO3-+NH3·H2O=NH4++CO32-+H2O(或HCO3-+NH3·H2O

NH4++CO32-+H2O)增加溶液中CO32-的浓度,促进CaSO4的转化

(3)由于铵盐具有不稳定性,受热易分解,所以温度过高,(NH4)2CO3分解,从而使CaSO4转化率下降;由于浸取过程中的反应属于固体与溶液的反应(或发生沉淀的转化),保持温度、反应时间、反应物和溶剂的量不变,提高CaSO4转化率即提高反应速率,结合外界条件对化学反应速率的影响,实验过程中提高CaSO4转化率的操作为加快搅拌速率(即增大接触面积,加快反应速率,提高浸取率)。

答案:

温度过高,(NH4)2CO3分解加快搅拌速率

(4)工业废渣主要含CaSO4·2H2O,还含有少量SiO2、Al2O3和Fe2O3,加入(NH4)2CO3溶液浸取,其中CaSO4与(NH4)2CO3反应生成CaCO3和(NH4)2SO4,SiO2、Al2O3和Fe2O3都不反应,过滤后所得滤渣中含CaCO3、SiO2、Al2O3和Fe2O3;若以水洗后的滤渣为原料制取CaCl2溶液,根据题给试剂,首先要加入足量盐酸将CaCO3完全转化为CaCl2,发生的反应为CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑,与此同时发生反应Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O、Fe2O3+6HCl=2FeCl3+3H2O,SiO2不反应,经过滤除去SiO2;得到的滤液中含CaCl2、AlCl3、FeCl3,根据“pH=5时Fe(OH)3和Al(OH)3沉淀完全,pH=8.5时Al(OH)3开始溶解”,为了将滤液中Al3+、Fe3+完全除去,应加入Ca(OH)2调节溶液的pH介于5~8.5[加入Ca(OH)2的过程中要边加边测定溶液的pH],然后过滤即可制得CaCl2溶液。

答案:

在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣,待观察不到气泡产生后,过滤,向滤液中分批加入少量Ca(OH)2,用pH试纸测得溶液pH,当pH介于5~8.5时,过滤

【点睛】

本题以工业废渣为原料制取轻质CaCO3和(NH4)2SO4晶体的实验流程为载体,考查溶度积的计算、影响盐类水解的因素、实验条件的控制、制备实验方案的设计和对信息的处理能力等。

难点是第(4)问实验方案的设计,设计实验方案时首先要弄清水洗后滤渣中的成分,然后结合题给试剂和已知进行分析,作答时要答出关键点,如pH介于5~8.5等。

2.K3[Fe(C2O4)3]·3H2O[三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体]易溶于水,难溶于乙醇,可作为有机反应的催化剂。

实验室可用铁屑为原料制备,相关反应的化学方程式为:

Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑、FeSO4+H2C2O4+2H2O=FeC2O4·2H2O↓+H2SO4、2FeC2O4·2H2O+H2O2+H2C2O4+3K2C2O4=2K3[Fe(C2O4)3]+6H2O、2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O。

回答下列问题:

(1)铁屑中常含硫元素,因而在制备FeSO4时会产生有毒的H2S气体,该气体可用氢氧化钠溶液吸收。

下列吸收装置正确的是_____。

(2)在将Fe2+氧化的过程中,需控制溶液温度不高于40℃,理由是_______;得到K3[Fe(C2O4)3]溶液后,加入乙醇的理由是________。

(3)晶体中所含结晶水可通过重量分析法测定,主要步骤有:

①称量,②置于烘箱中脱结晶水,③冷却,④称量,⑤__________(叙述此步操作),⑥计算。

步骤③若未在干燥器中进行,测得的晶体中所含结晶水含量____(填“偏高”“偏低”或“无影响”);步骤⑤的目的是_______________。

(4)晶体中C2O42-含量的测定可用酸性KMnO4标准溶液滴定。

称取三草酸合铁(Ⅲ)酸钾晶体mg溶于水配成250mL溶液,取出20.00mL放入锥形瓶中,用0.0100mol·L-1酸化的高锰酸钾溶液进行滴定。

①下列操作及说法正确的是___。

A.滴定管用蒸馏水洗涤后,即可装入标准溶液

B.装入标准溶液后,把滴定管夹在滴定管夹上,轻轻转动活塞,放出少量标准液,使尖嘴充满液体

C.接近终点时,需用蒸馏水冲洗瓶壁和滴定管尖端悬挂的液滴

②有同学认为该滴定过程不需要指示剂,那么滴定终点的现象为________,若达到滴定终点消耗高锰酸钾溶液VmL,那么晶体中所含C2O42-的质量分数为____(用含V、m的式子表示)。

【来源】2014届高考化学二轮专题复习化学实验常用仪器和基本操作练习卷(带解析)

【答案】A防止H2O2分解三草酸合铁(Ⅲ)酸钾在乙醇中溶解度小重复②~④步操作至恒重偏低检验晶体中的结晶水是否已全部失去B当滴入最后一滴KMnO4溶液,锥形瓶中溶液恰好由无色变为浅红色,且半分钟不褪色

【解析】

【分析】

【详解】

(1)A.该装置中硫化氢与氢氧化钠溶液接触面积大,从而使硫化氢吸收较完全,且该装置中气压较稳定,不产生安全问题,故A正确;

B.硫化氢与氢氧化钠接触面积较小,所以吸收不完全,故B错误;

C.没有排气装置,导致该装置内气压增大而产生安全事故,故C错误;

D.该装置中应遵循“长进短出”的原理,故D错误;

故选A;

(2)双氧水不稳定,温度高时,双氧水易分解,为防止双氧水分解,温度应低些;根据相似相溶原理知,三草酸合铁酸钾在乙醇中溶解度小,所以得到K3[Fe(C2O4)3]溶液后,再想获得其晶体,常加入无水乙醇;

(3)晶体中所含结晶水可通过重量分析法测定,步骤⑤的目的是检验晶体中的结晶水是否已全部失去,也叫恒重操作;步骤③未在干燥器中进行,晶体中结晶水不能全部失去,所以称量出的水的质量偏小,测得的晶体中所含结晶水含量也偏低;

(4)①A.滴定管用蒸馏水洗涤后,需要用标准液润洗,然后在装入标准溶液,A错误;

B.装入标准溶液后,把滴定管夹在滴定管夹上,轻轻转动活塞,放出少量标准液,使尖嘴充满液体,B正确;

C.接近终点时,不需用蒸馏水冲滴定管尖端悬挂的液滴,否则会导致测定结果偏高,C错误;

答案选B;

②由于酸性高锰酸钾溶液显紫红色,则终点的实验现象为当滴入最后一滴KMnO4溶液,锥形瓶中溶液恰好由无色变为浅红色,且半分钟不褪色;n(MnO4-)=V×10-3L×0.0100mol·L-1,根据方程式可知n(C2O42-)=n(MnO4-)×

×10-5mol,m(C2O42-)=

×10-5mol×88g·mol-1=2.75V×10-2g,所以晶体中所含C2O42-的质量分数为2.75V/100m。

3.葡萄糖酸亚铁((C6H11O7)2Fe)是常用的补铁剂,易溶于水,几乎不溶于乙醇。

用下图装置制备FeCO3,并利用FeCO3与葡萄糖酸反应可得葡萄糖酸亚铁。

回答下列问题:

(1)a的名称为_________。

(2)打开a中K1、K3,关闭K2,一段时间后,关闭K3,打开K2。

在_________(填仪器标号)中制得碳酸亚铁。

实验过程中产生的H2作用有_________、____________。

(写2条)

(3)将制得的碳酸亚铁浊液过滤、洗涤。

如过滤时间过长会发现产品部分变为红褐色。

用化学方程式说明原因____________。

(4)将葡萄糖酸与碳酸亚铁混合,加入乙醇、过滤、洗涤、干燥。

加入乙醇的目的是_________________。

(5)用NaHCO3溶液代替Na2CO3溶液制备碳酸亚铁,同时有气体产生,离子方程式为______________,此法产品纯度更高,原因是_______________。

【来源】2018~2019学年广东佛山市普通髙中教学质量检测

(一)高三理科综合试题(化学部分)

【答案】恒压滴液漏斗c排出装置内的空气,防止生成的FeCO3被氧化将b中溶液压入c中4FeCO3+O2+6H2O=4Fe(OH)3+4CO2降低葡萄糖酸亚铁在水中溶解度Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑降低溶液的pH以免产生氢氧化亚铁

【解析】

【分析】

(1)a的名称为恒压滴液漏斗;

(2)b中产生的硫酸亚铁被氢气压入c中与碳酸钠作用产生碳酸亚铁;实验过程中产生的H2作用还有:

排出装置内的空气,防止生成的FeCO3被氧化;

(3)FeCO3与O2反应生成红褐色Fe(OH)3;

(4)乙醇分子的极性比水小,乙醇降低葡萄糖酸亚铁在水中溶解度;

(5)NaHCO3溶液与FeSO4溶液反应生成FeCO3、H2O、CO2和Na2SO4;碳酸根离子水解后溶液碱性较强,易生成氢氧化亚铁。

【详解】

(1)a的名称为恒压滴液漏斗;

(2)b中产生的硫酸亚铁被压入c中与碳酸钠作用产生碳酸亚铁;实验过程中产生的H2作用有:

赶走空气、防止生成的FeCO3被氧化;将b中溶液压入c中;

(3)过滤时间过长会发现产品部分变为红褐色。

FeCO3与O2反应生成Fe(OH)3,用化学方程式:

4FeCO3+O2+6H2O=4Fe(OH)3+4CO2;

(4)乙醇分子的极性比水小,乙醇降低葡萄糖酸亚铁在水中溶解度,便于葡萄糖酸亚铁析出;

(5)NaHCO3溶液与FeSO4溶液反应生成FeCO3、H2O、CO2和Na2SO4,方程式为:

Fe2++2HCO3-=FeCO3↓+H2O+CO2↑。

碳酸根离子水解后溶液碱性较强,易生成氢氧化亚铁,此法产品纯度更高的原因是:

降低溶液的pH以免产生氢氧化亚铁。

4.三氯化氧磷(POCl3)是一种重要的化工原料,常用作半导体掺杂剂,实验室制取POCl3并测定产品含量的实验过程如下:

I.制备POCl3采用氧气氧化液态的PCl3法。

实验装置(加热及夹持装置省略》及相关信息如下。

物质

熔点/℃

沸点/℃

相对分子质量

其他

PCl3

―112.0

76.0

137.5

均为无色液体,遇水均剧烈

水解为含氧酸和氯化氢,两者互溶

POCl3

2.0

106.0

153.5

(1)仪器a的名称为_______________________________;

(2)装置C中生成POCl3的化学方程式为________________________________;

(3)实验中需控制通入O2的速率,对此采取的操作是_______________;

(4)装置B的作用除观察O2的流速之外,还有______________;

(5)反应温度应控制在60~65℃,原因是__________________________;

II.测定POCl3产品含量的实验步骤:

①实验I结束后,待三颈烧瓶中液体冷却到室温,准确称取16.725gPOCl3产品,置于盛有60.00mL蒸馏水的水解瓶中摇动至完全水解,将水解液配成100.00mL溶液

②取10.00mL溶液于锥形瓶中,加入10.00mL3.5mol/LAgNO3标准溶液(Ag++Cl-=AgCl↓)

③加入少量硝基苯(硝基苯密度比水大,且难溶于水)

④以硫酸铁溶液为指示剂,用0.2mol/LKSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液(Ag++SCN-=AgSCN↓),到达终点时共用去10.00mLKSCN溶液。

(6)达到终点时的现象是_________________________________________;

(7)测得产品中n(POCl3)=___________________________;

(8)已知Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN),据此判断,若取消步骤③,滴定结果将_______。

(填偏高,偏低,或不变)

【来源】【全国百强校】河北省衡水中学2018届高三上学期九模考试理科综合化学试题

【答案】冷凝管(或球形冷凝管)2PCl3+O2=2POCl3控制分液漏斗中双氧水的加入量平衡气压、干燥氧气温度过低,反应速率小,温度过高,三氯化磷会挥发,影响产物纯度滴入最后一滴试剂,溶液变红色,且半分钟内不恢复原色0.11mol偏低

【解析】

【详解】

(1)仪器a的名称为冷凝管(或球形冷凝管);正确答案:

冷凝管(或球形冷凝管)。

(2)加热条件下,PCl3直接被氧气氧化为POCl3,方程式为:

PCl3+O2=POCl3。

(3)装置A产生氧气,则可以用分液漏斗来控制双氧水的滴加速率即可控制通入O2的速率;正确答案:

控制分液漏斗中双氧水的加入量。

(4)装置B中为浓硫酸,其主要作用:

干燥氧气、平衡大气压、控制氧气流速;正确答案:

平衡气压、干燥氧气。

(5)根据图表给定信息可知,温度过高,三氯化磷会挥发,影响产物纯度;但是温度也不能太低,否则反应速率会变小;正确答案:

温度过低,反应速率小,温度过高,三氯化磷会挥发,影响产物纯度。

(6)以硫酸铁溶液为指示剂,用KSCN溶液滴定过量的AgNO3溶液达到滴定终点时,铁离子与硫氰根离子反应生成了红色溶液,且半分钟之内颜色保持不变;正确答案:

滴入最后一滴试剂,溶液变红色,且半分钟内不恢复原色;

(7)KSCN的物质的量0.2mol/L×0.01L=0.002mol,根据反应Ag++SCN-=AgSCN↓,可以知道溶液中剩余的银离子的物质的量为0.002mol;POCl3与水反应生成氯化氢的物质的量为3.5mol/L×0.01L-0.002mol=0.033mol,根据氯原子守恒规律可得n(POCl3)=0.011mol,则16.725克POCl3产品中n(POCl3)=0.11mol。

(8)加入少量的硝基苯可以使生成的氯化银沉淀与溶液分开,如果不这样操作,在水溶液中部分氯化银可以转化为AgSCN;已知Ksp(AgCl)>Ksp(AgSCN),使得实验中消耗的KSCN偏多,所测出的剩余银离子的量增大,导致水解液中与氯离子反应的银离子的量减少,会使测定结果偏低。

5.CuCl广泛应用于化工和印染等行业。

某研究性学习小组拟热分解CuCl2·2H2O制备CuCl,并进行相关探究。

(资料查阅)

(实验探究)该小组用如图所示装置进行实验(夹持仪器略)。

请回答下列问题:

(1)仪器X的名称是__________。

(2)实验操作的先后顺序是a→______→e(填操作的编号)

a.检查装置的气密性后加入药品b.熄灭酒精灯,冷却

c.在“气体入口”处通入干燥HCld.点燃酒精灯,加热

e.停止通入HCl,然后通入N2

【来源】内蒙古赤峰二中人教版高中化学必修1同步练习:

第一章第1节第一课时化学实验安全

【答案】球形干燥管或干燥管cdb

【解析】

【分析】

热分解CuCl2•2H2O制备CuCl,为抑制水解,气体入口通入HCl气体,然后加热A处试管,X为球形干燥管,X中无水硫酸铜变蓝,可知CuCl2•2H2O分解生成水,利用C装置检验生成的氯气,D中NaOH溶液吸收尾气,以此来解答。

【详解】

(1)由图及常见的仪器可知,仪器X的名称为球形干燥管或干燥管;

(2)实验操作时先检查装置的气密性,气密性良好后装入药品,先通入HCl(防止没有HCl的情况下加热生成碱式氯化铜),点燃酒精灯加热,熄灭酒精灯,后停止通入HCl,最后通入氮气将装置内的HCl和氯气排空被尾气装置中的氢氧化钠吸收,所以顺序为a→c→d→b→e。

【点睛】

解答时要利用好题中所给信息,CuCl2·2H2O的热分解反应是在氯化氢的气流中进行的,实验结束后通入氮气的目的。

6.实验室制备三氯乙醛(CCl3CHO)的反应原理为C2H5OH+4Cl2

CCl3CHO+5HCl,可能发生的副反应是C2H5OH+HCl

C2H5Cl+H2O。

某探究小组模拟制备三氯乙醛的实验装置如图所示(夹持、加热装置均略去)。

回答下列问题:

(1)用仪器a代替普通分液漏斗的目的是_______________。

(2)装置A中MnO2可以用KMnO4代替,反应可以在常温下进行,试写出反应的离子方程式__。

(3)仪器b中冷凝水从___(填“p”或“q”,下同)口进,___口出。

(4)若撤去装置B,对实验的影响是______________。

(5)实验时发现D中导管口处气泡速率过快,合理的解决方法是___________。

(6)已知:

CCl3CHO+OH-

CHCl3+HCOO-;HCOO-+I2

H++2I-+CO2↑;I2+2S2O32-

2I-+S4O62-。

称取0.40g产品,配成待测溶液,加入20.00mL0.100mol·L-1碘标准溶液,再加入适量Na2CO3溶液,反应完全后,加盐酸调节溶液的pH,并立即用0.020mol·L-1的Na2S2O3溶液滴定至终点。

重复上述操作3次,平均消耗Na2S2O3溶液20.00mL。

滴定时所用指示剂是___________,达到滴定终点时的现象是_________________,测得该产品的纯度为_____(保留一位小数)。

【来源】2018年11月25日《每日一题》人教版一轮复习-每周一测

【答案】平衡滴液漏斗上方和烧瓶内气体的压强,便于液体顺利滴下2MnO4-+16H++10Cl-

2Mn2++5Cl2↑+8H2OpqCl2中的氯化氢杂质与乙醇反应,生成氯乙烷,导致三氯乙醛的纯度降低停止对A加热或控制滴加浓盐酸的速度淀粉溶液滴入最后一滴Na2S2O3溶液,锥形瓶中的溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色66.4%

【解析】

【分析】

A装置利用二氧化锰与浓盐酸制备氯气,B装置用饱和食盐水除去HCl,C装置盛放浓硫酸干燥氯气,D中反应制备CCl4CHO,E装置盛放氢氧化钠溶液,吸收尾气中氯气、HCl防止污染空气。

【详解】

(1)由仪器a的结构可知,使用(恒压)滴液漏斗便于液体顺利滴下,故答案为平衡滴液漏斗上方和烧瓶内气体的压强,便于液体顺利滴下;

(2)实验室也可以在常温下利用KMnO4与浓HCl反应制备氯气,反应的离子方程式为2MnO4—+16H++10Cl-=2Mn2++5Cl2↑+8H2O,故答案为2MnO4—+16H++10Cl-=2Mn2+

+5Cl2↑+8H2O;

(3)冷凝水应从冷凝管下口进上口出,即p口进,q口出,故答案为p;q;

(4)装置B中的饱和食盐水可以除去氯气中的杂质氯化氢,若撤去装置B,氯化氢杂质会与乙醇反应,生成氯乙烷,导致三氯乙醛的纯度降低,故答案为Cl2中的氯化氢杂质与乙醇反应,生成氯乙烷,导致三氯乙醛的纯度降低;

(5)实验时发现D中导管口处气泡速率过快,可以停止对A加热或控制滴加浓盐酸的速度,适当降低生成氯气的速率,故答案为停止对A加热或控制滴加浓盐酸的速度;

(6)根据CCl3CHO+OH-

CHCl3+HCOO-、HCOO-+I2=H++2I-+CO2↑、I2+2S2O32—=2I-+S4O62—,反应过程中涉及碘单质,可以选用淀粉溶液作指示剂;达到滴定终点的现象为锥形瓶中的溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色;根据消耗的Na2S2O3的物质的量计算出剩余I2的物质的量为0.020mol·L-1×0.02000L×

=2×10-4mol,则与HCOO-反应的I2的物质的量为0.100mol·L-1×0.02000L-2×10-4mol=1.8×10-3mol,由CCl3CHO~HCOO-~I2可知,CCl3CHO的物质的量为1.8×10-3mol,则该产品的纯度为

×100%=66.4%,故答案为淀粉溶液;滴入最后一滴Na2S2O3溶液,锥形瓶中的溶液由蓝色变为无色,且半分钟内不变色;66.4%。

【点睛】

本题考查有机物制备、物质含量程度、实验方案设计等,关键是明确反应原理与各装置作用,掌握常用物质分离提纯方法,注意对题目信息的应用。

7.

(1)葡萄酒中SO2最

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