[定量实验设计]某研究性学习小组查阅资料获得晶体M的制备原理.他们进行如下探究:[制备晶体]以CrCl2•4H2O.过氧化氢.液氨.氯化铵固体为原料.在活性炭催化下.合成了晶体M．(1)溶液中分离出晶体M的操作包括蒸发浓缩.冷却结晶.过滤.洗涤和干燥．他们用冰水和饱和食盐水的混合物洗涤晶体M.其目的是降低晶体溶解度．制备过程中� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

11．【定量实验设计】某研究性学习小组查阅资料获得晶体M的制备原理，他们进行如下探究：
【制备晶体】
以CrCl₂•4H₂O、过氧化氢、液氨、氯化铵固体为原料，在活性炭催化下，合成了晶体M．
（1）溶液中分离出晶体M的操作包括蒸发浓缩、冷却结晶、过滤、洗涤和干燥．他们用冰水和饱和食盐水的混合物洗涤晶体M，其目的是降低晶体溶解度．制备过程中需要加热，但是，温度过高造成的后果是加快双氧水分解和液氨挥发．
【测定组成】
为了测定M晶体组成，他们设计如下实验．装置如图所示（加热仪器和固定仪器省略）．

为确定其组成，进行如下实验：
①氨的测定：精确称M晶体，加适量水溶解，注入如图所示的三颈瓶中，然后逐滴加入足量20% NaOH溶液，通入水蒸气，将样品溶液中的氨全部蒸出，用一定量的盐酸溶液吸收．蒸氨结束后取下接收瓶，用一定浓度的NaOH标准溶液滴定过剩的HCl，到终点时消耗一定体积的NaOH溶液．
②氯的测定：准确称取a g样品M溶于蒸馏水，配成100mL溶液．量取25.00mL配制的溶液用c mol•L-¹AgNO₃标准溶液滴定，滴加3滴0.01mol•L-¹K₂CrO₄溶液（作指示剂），至出现砖红色沉淀不再消失为终点（Ag₂CrO₄为砖红色），消耗AgNO₃溶液为b mL．
（2）安全管的作用是平衡气压．
（3）用氢氧化钠标准溶液滴定过量的氯化氢，部分操作步骤是检查滴定管是否漏液、用蒸馏水洗涤、用标准NaOH溶液润洗、排滴定管尖嘴的气泡、调节碱式滴定管内液面至0刻度或0刻度以下、滴定、读数、记录并处理数据；下列操作或情况会使测定样品中NH₃的质量分数偏高的是C（填代号）．
A．装置气密性不好 B．用酚酞作指示剂
C．滴定终点时俯视读数 D．滴定时NaOH溶液外溅
（4）已知：硝酸银热稳定性差；Ksp（Ag₂CrO₄）=1.12×10-¹²，Ksp（AgCl）=1.8×10-¹⁰
选择棕色滴定管盛装标准浓度的硝酸银溶液，滴定终点时，若溶液中
c（CrO₄^2-）为2.8×10^-3mol•L^-1，则c（Ag⁺）=2.0×10^-5mol•L^-1．
（5）根据上述实验数据，列出样品M中氯元素质量分数计算式$\frac{cmol/L×\frac{b}{1000}L×35.5g/mol}{ag×\frac{25.00mL}{100mL}}×100%$．如果滴加K₂CrO₄溶液过多，测得结果会偏低（填：偏高、偏低或无影响）．
（6）经测定，晶体M中铬、氨和氯的质量之比为104：136：213．写出制备M晶体的化学方程式2CrCl₂+H₂O₂+6NH₃+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr（NH₃）₄Cl₃+2H₂O．

分析【制备晶体】
（1）冰饱和食盐水温度低，固体溶解度小，用冰饱和食盐水洗涤晶体，减小晶体溶解，双氧水受热易分解，液氨易挥发；
【测定组成】
（2）安全管的作用是平衡气压，使烧瓶内外压强平衡；
（3）用氢氧化钠标准溶液滴定过量的氯化氢，碱式滴定管需用标准液润洗，滴定管0刻度在滴定管的上方；A．装置气密性不好，部分氨气逸出； B．强酸强碱滴定，用酚酞作指示剂无影响；C．滴定终点时俯视读数，读数小于实际体积； D．滴定时NaOH溶液外溅，标准液NaOH溶液计算体积偏大，导致测得剩余盐酸体积偏大；
（4）硝酸银易分解，类似浓硝酸，硝酸银在光照的条件下易分解，生成银、二氧化氮和氧气，根据Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-）计算；
（5）根据Ag⁺+Cl^-=AgCl（s），样品M中氯元素质量等于氯离子的质量，据此计算样品M中氯元素质量分数；根据铬酸银、氯化银的溶度积知，铬酸银的溶解度比氯化银稍大一些．如果滴加铬酸钾溶液过多，会提前生成铬酸银，即氯离子没有完全转化成氯化银，导致提前指示终点，测得氯元素质量分数偏低；
（6）晶体M中铬、氨和氯的质量之比为104：136：213．计算出三种元素的物质的量之比，求出M的化学式，根据化学式书写方程式．

解答解：【制备晶体】
（1）晶体析出后过滤得到晶体，用冰饱和食盐水洗涤晶体，目的是减少晶体M溶解量，双氧水受热易分解2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，液氨易挥发，加热温度过高，导致反应物损失，
故答案为：降低晶体溶解度；加快双氧水分解和液氨挥发；
【测定组成】
（2）A装置用于提供水蒸汽，需要加热．导管起平衡气压作用，故答案为：平衡气压；
（3）滴定管经检漏之后，用标准氢氧化钠溶液润洗、滴定管0刻度在上方，需调节液面至0刻度及0刻度以下才可读数，
A．装置漏气，部分氨气扩散了，测定的NH₃质量分数偏低，故A错误；
B．强碱滴定强酸可以选择甲基橙作或酚酞作指示剂，不会导致误差，故B错误；
C．滴定终点时俯视读数，读数小于实际体积，测定消耗氢氧化钠溶液体积偏小，NH₃质量分数偏高，故C正确；
D．滴定液外溅，导致测得剩余盐酸体积偏大，NH₃质量分数偏小，故D错误；
故答案为：用标准NaOH溶液润洗；调节碱式滴定管内液面至0刻度或0刻度以下；C；
（4）硝酸银很不稳定，在光照的条件下易分解：2AgNO₃$\frac{\underline{\;光照\;}}{\;}$2NO₂↑+O₂↑+2Ag，应选择棕色滴定管盛装硝酸银溶液，Ksp（Ag₂CrO₄）=c²（Ag⁺）•c（CrO₄^2-），c（Ag+）=$\sqrt{\frac{{K}_{sp}（A{g}_{2}Cr{O}_{4}）}{C（Cr{{O}_{4}}^{2-}）}}$=$\sqrt{\frac{1.12×1{0}^{-12}}{2.8×1{0}^{-3}}}$mol•L^-1=2.0×10^-5mol•L^-1，
故答案为：2.0×10^-5mol•L^-1；
（5）Ag⁺+Cl^-=AgCl（s），ω（Cl）=$\frac{cmol/L×\frac{b}{1000}L×35.5g/mol}{ag×\frac{25.00mL}{100mL}}×100%$，铬酸银Ksp（Ag₂CrO₄）=1.12×10^-12，氯化银Ksp（AgCl）=1.8×10^-10，铬酸银的溶解度比氯化银稍大一些．如果滴加铬酸钾溶液过多，会提前生成铬酸银，即氯离子没有完全转化成氯化银，导致提前指示终点，测得氯元素质量分数偏低，
故答案为：$\frac{cmol/L×\frac{b}{1000}L×35.5g/mol}{ag×\frac{25.00mL}{100mL}}×100%$；偏低；
（6）n（Cr）：n（NH₃）：n（Cl）=$\frac{104}{52}$：$\frac{136}{17}$：$\frac{213}{35.5}$=1：4：3，M的化学式为Cr（NH₃）₄Cl₃．M中铬元素化合价为+3，化学方程式为2CrCl₂+H₂O₂+6NH₃+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$ 2Cr（NH₃）₄Cl₃+2H₂O，
故答案为：2CrCl₂+H₂O₂+6NH₃+2NH₄Cl$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Cr（NH₃）₄Cl₃+2H₂O．

点评本题考查了定量实验方案的设计，考查了物质的制备实验操作、组成的测定、沉淀溶解平衡等，明确每一过程发生的反应是解本题关键，侧重于基础知识的综合应用的考查，题目难度中等．

练习册系列答案

（1）该流程中可以循环的物质是氯化钠、氢氧化钠（或NaCl、NaOH）．
（2）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca²⁺、Mg²⁺、SO₄^2-等无机杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生的离子方程式Ca²⁺+CO₃^2-═CaCO₃↓、Mg²⁺+2OH^-═Mg（OH）₂↓，若食盐水不经过二次精制，仍会有少量的Ca²⁺、Mg²⁺直接进入离子膜电解槽，这样产生什么后果是少量Mg²⁺、Ca²⁺在电解碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜．
（3）图2 是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极由碳钢网制成）．则B 处产生的气体是氢气，E 电极的名称是阳极．电解总反应的化学方程式为2NaCl+2H₂O$\frac{\underline{\;电解\;}}{\;}$Cl₂↑+H₂↑+2NaOH．
（4）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的离子方程式为SO₃^2-+Cl₂+H₂O═SO₄^2-+2H⁺+2Cl^-．
（5）已知在电解槽中，每小时通过1 安培的直流电理论上可以产生1.492g 的烧碱，某工厂用300 个电解槽串联生产8 小时，制得30%的烧碱溶液（密度为1.342 吨/m³）113m³，电解槽的电流强度1.45×10⁴A，该电解槽的电解效率为93.45%．

16．向下列溶液滴加稀盐酸，生成白色沉淀，继续滴加稀盐酸，沉淀又溶解的是（　　）

Na₂SiO₃

BaCl₂

AgNO₃

NaAlO₂

13．钾是活泼的碱金属，钾和氧气反应时可以生成氧化钾（K₂O）、过氧化钾（K₂O₂）和超氧化钾（KO₂）等多种化合物，现将钾与氧气在一定条件下的反应产物溶于水，所得溶液用HCl溶液进行反应，终点时消耗HCl为73g，则单质钾的质量为（　　）

6．由钛铁矿（主要成分是TiO₂、少量FeO和Fe₂O₃）制备TiCl₄、绿矾等产品的一种综合工艺流程图如下：

【提示】TiO²⁺的水解平衡TiO²⁺+（n+1）H₂O?TiO₂．n H₂O+2H⁺回答下列问题：
（1）硫酸与二氧化钛反应的离子方程式是TiO₂+2H⁺=TiO²⁺+H₂O．
（2）已知：TiO₂（s）+2Cl₂（g）=TiCl₄（l）+O₂（g）△H=+140kJ•mol^-1
2C（s）+O₂（g）=2CO（g）△H=-221kJ•mol^-1
写出④中TiO₂和焦炭、氯气反应生成液态TiCl₄ 和CO气体的热化学方程式：TiO₂（s）+2C（s）+2Cl₂（g）═TiCl₄（l）+2CO（g）△H=-81kJ•mol^-1．
（3）往①中加入铁屑至浸出液显紫色，此时溶液仍呈强酸性．该过程中有如下反应发生．
A：2Fe³⁺+Fe=3Fe²⁺
B：2TiO²⁺（无色）+Fe+4H⁺=2Ti³⁺（紫色）+Fe²⁺+2H₂O
C：Ti³⁺（紫色）+Fe³⁺+H₂O=TiO²⁺（无色）+Fe²⁺+2H⁺
I．结合信息判断Fe³⁺、TiO²⁺、H⁺氧化性强弱：Fe³⁺＞TiO²⁺＞H⁺
II．加入铁屑的作用是将Fe³⁺还原为Fe²⁺，生成Ti³⁺保护Fe²⁺不被氧化．
（4）往②中不断通入高温水蒸气，维持溶液沸腾一段时间，析出水合二氧化钛沉淀．请用化学平衡理论分析通入高温水蒸气的作用：水解是吸热反应，通入高温水蒸气能降低H⁺浓度，提高溶液温度，促进平衡向水解方向移动，从而析出TiO₂•H₂O．
（5）依据绿色化学理念，该工艺流程中存在的不足之处是产生了废气、废液、废渣等（只要求写出一项）．
（6）绿矾（摩尔质量为278g/mol）可用于生产红色颜料（Fe₂O₃），556akg绿矾，理论上可生产红色颜料1000amol．

16．设N_A为阿伏加德罗常数的值．下列叙述正确的是（　　）

	A．	常温常压下，17g甲基（-¹⁴CH₃）所含的中子数为9N_A
	B．	1 L 0.2 mol•L^-1硫酸铁溶液中含有的SO₄^2-数为0.2N_A
	C．	0.1mol N₂与足量的H₂反应，转移的电子数为0.6N_A
	D．	用惰性电极电解1L0.1mol•L^-1 CuCl₂溶液，当有0.2N_A个电子通过时，可生成6.4g铜

3．

碳跟浓硫酸共热产生的气体X和铜跟浓硝酸反应产生的气体Y 同时通入盛有足量氯化钡溶液的洗气瓶中（如图所示），下列有关说法正确的是（　　）

	A．	洗气瓶中产生的沉淀是碳酸钡		B．	在Z导管出来的气体中无二氧化碳
	C．	洗气瓶中产生的沉淀是硫酸钡		D．	在Z导管口有红棕色气体出现

20．在同温同压下，某有机物和过量的金属钠反应得到V₁L氢气，另一份等量的该有机物和足量的NaHCO₃反应得V₂ L二氧化碳（均为标况），若V_l=V₂≠O，则此有机物可能是（　　）

HO-CH₂CH₂-COOH

HO-CH₂CH₂-OH

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