题目内容

16．工业上利用废铁屑（含少量氧化铝、氧化铁等）生产碱式硫酸铁[Fe（OH）SO4]的工艺流程如下：

已知：部分阳离子以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH见下表：
沉淀物Fe（OH）3Fe（OH）2Al（OH）3
开始沉淀2.37.53.4
完全沉淀3.29.74.4
回答下列问题：
（1）加入少量NaHCO3的目的是调节PH，除去溶液中Al3+（使溶液中Al3+生成氢氧化物沉淀），该工艺中“搅拌”的作用是使反应物充分接触，加快反应速率，使反应充分进行．
（2）生产中碱式硫酸铁溶液蒸发时需要在减压条件下的原因是防止蒸发时温度过高，碱式硫酸铁进一步水解生成Fe（OH）3．
（3）反应Ⅱ中的离子方程式为Fe2++2H++NO2-=Fe3++NO↑+H2O或Fe2++H2O+NO2-=Fe（OH）2++NO↑+H+，在实际生产中，反应Ⅱ常同时通入O2循环使用产物以减少NaNO2的用量，O2的作用是2H2O+4NO+O2=4HNO3（或2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO）．（用化学方程式表示）
（4）在医药上常用硫酸亚铁与硫酸、硝酸的混合液反应制备碱式硫酸铁．根据我国质量标准，产品中不得含有Fe2+及NO3-．为检验所得产品中是否含有Fe2+，应使用的试剂为D．（填写字母）
A．溴水    B．KSCN溶液    C．NaOH溶液    D．酸性KMnO4溶液．

分析 废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑、Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、Fe2（SO4）3+Fe=3FeSO4，然后反应I中加入NaHCO3并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑，所以滤渣中成分是Al（OH）3，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性条件下，NaNO2和FeSO4发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，以此解答该题．

解答 解：废铁屑中含少量氧化铝、氧化铁等，将过量废铁屑加入稀硫酸中，发生反应 Fe+H2SO4=FeSO4+H2↑、Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O、Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O、Fe2（SO4）3+Fe=3FeSO4，然后反应I中加入NaHCO3并搅拌，调节溶液的pH，发生反应Al3++3HCO3-=Al（OH）3↓+3CO2↑，所以滤渣中成分是Al（OH）3，过滤得到硫酸亚铁，向硫酸亚铁溶液中加入稀硫酸和NaNO2，酸性条件下，NaNO2和FeSO4发生氧化还原反应生成铁离子、NO，将溶液蒸发浓缩、过滤得到碱式硫酸铁，
（1）备硫酸亚铁，应与硫酸铝分离，应调节溶液pH生成Al（OH）3，要避免生成应Fe（OH）2沉淀，根据氢氧化物沉淀需要的pH知，在pH在4.4-7.5之间将铝离子转化为Al（OH）3沉淀，而亚铁离子不能生成沉淀，所以控制pH在4.4～7.5之间，搅拌的目的为使反应物充分接触，加快反应速率，使反应充分进行，
故答案为：调节PH，除去溶液中Al3+（使溶液中Al3+生成氢氧化物沉淀）；使反应物充分接触，加快反应速率，使反应充分进行；
（2）减小压强，可降低沸点，可防止蒸发时温度过高，碱式硫酸铁进一步水解生成Fe（OH）3，
故答案为：防止蒸发时温度过高，碱式硫酸铁进一步水解生成Fe（OH）3；
（3）酸性条件下，亚硝酸钠具有氧化性，能将亚铁离子氧化为铁离子，自身被还原生成NO，所以反应Ⅱ中加入NaNO2的目的是氧化Fe2+，发生反应的离子方程式为 2H++Fe2++NO2-=Fe3++NO↑+H2O，氧气和与NO反应，进一步与水反应生成硝酸，反应的化学方程式为2H2O+4NO+O2=4HNO3（或2NO+O2=2NO2   3NO2+H2O=2HNO3+NO），
故答案为：Fe2++2H++NO2-=Fe3++NO↑+H2O 或Fe2++H2O+NO2-=Fe（OH）2++NO↑+H+；2H2O+4NO+O2=4HNO3（或2NO+O2=2NO2   3NO2+H2O=2HNO3+NO）；
（4）亚铁离子具有还原性，能被强氧化剂氧化生成铁离子，反应过程中颜色变化明显的效果最佳，
A．溴水为橙红色，溴将亚铁离子氧化为铁离子，溶液呈黄色，颜色变化不明显，故A不选；            
B．KSCN溶液和亚铁离子不反应，没有颜色变化，故B不选；      
C．NaOH溶液和亚铁离子反应生成白色沉淀，铁离子和氢氧根离子反应生成红褐色沉淀，掩盖氢氧化亚铁颜色，故C不选；      
D．酸性KMnO4溶液呈紫色，亚铁离子能被酸性高锰酸钾溶液氧化而使酸性高锰酸钾溶液褪色，现象明显，故D选；
故答案为：D．

点评 本题考查物质的分离和提纯，侧重考查学生获取信息及利用信息能力、分析能力、实验操作能力，注意题给信息的灵活运用，知道常见离子的检验方法及现象，题目难度中等．

练习册系列答案
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6．化学反应终点的判断是化学定量实验的重要环节．下列对化学反应终点的判断不正确的是（　　）
A．向BaCl2溶液中加入足量Na2CO3溶液后，静置，向上层清澈中继续滴加Na2CO3溶液，若无沉淀，说明Ba2+已经完全沉淀
B．淀粉在稀硫酸的作用下水解后，加NaOH溶液使溶液呈碱性，加入新制Cu（OH）2，加热，若有砖红色沉淀生成，说明淀粉已经完全水解
C．将NaSO4•10H2O晶体置于坩埚内加热，称量，并重复上述操作，若相邻两次称量的结果相同，说明硫酸钠已全部失去结晶水
D．用酸式滴定管向滴有酚酞的NaOH溶液中滴加HCl溶液，若滴入最后一滴HCl溶液后红色刚好褪去，且30s内颜色不复原，说明NaOH已完全中和
7．草酸（乙二酸）存在于自然界的植物中，其K1=5.4×10-2，K2=5.4×10-5．草酸的钠盐和钾盐易溶于水，而其钙盐难溶于水．草酸晶体（H2C2O4•2H2O）无色，熔点为101℃，易溶于水，受热脱水、升华，170℃以上分解，分解方程式为：H2C2O4$\stackrel{加热}{→}$H2O+CO2↑+CO↑．请按要求完成下列实验（可选用下列装置，要求操作简单，现象明显，保证安全）．

（1）通过实验证明草酸晶体的分解产物中含有CO2，选用的装置有AGDC，证明有CO2生成的实验现象是D有气泡冒出，澄清石灰水变浑浊．如果选用装置G其主要作用是冷凝分解产物中的草酸，防止干扰CO2的检验（不选G不用作答）．
（2）①证明草酸晶体的分解产物中含有CO，要求看到至少两个明显现象，实验中选用的装置的合理连接顺序为A、F、D、B、H、D、C（装置可重复使用）．装置H反应管中盛有的物质是CuO．②能证明草酸晶体的分解产物中含有CO的现象H中黑色粉末变为红色，其后的D中澄清石灰水变浑浊．
（3）已知：碳酸电离常数为：K1=4.4×l0-7，K2=4.7×l0-11．写出Na2CO3溶液中滴加少量草酸溶液的离子方程式2CO32-+H2C2O4=C2O42-+2HCO3-．
4．现有五种物质A、B、C、D、E，其中有一种是碱，四种是盐，溶于水后电离可以产生下表中的离子：
阳离子Na+　　　　　H+　　　　　Ba2+
阴离子OH-　　　　CO32-　　　　SO42-
为鉴别它们，分别完成以下实验，其结果如下：
①A溶液与B溶液反应生成无色气体X，气体X可以和C溶液反应生成沉淀E，沉淀E可与B溶液反应，但反应很快停止；
②B溶液与 C溶液反应生成白色沉淀D，沉淀D不溶于稀硝酸．
请根据上述实验结果，填空：
（1）写出下列物质的名称：X二氧化碳．
（2）鉴别B在溶液中产生的阴离子的实验操作方法是取少量生B的溶液于试管，先加入盐酸，再加入BaCl2溶液，生成白色沉淀，则溶液中含有SO42-．
（3）完成以下水溶液中的反应的离子方程式：
A溶液与B溶液反应：CO32-+2H+=CO2↑+H2O
B与C反应至溶液呈中性：2H++SO42-+Ba2++2OH-=2H2O+BaSO4↓
（4）D 与E的混合物ag，加入足量盐酸，反应完毕生成标准状况时的气体 bL，则D在混合物中的质量分数为$\frac{（22.4a-197b）}{22.4a}$×100%．
11．氮的重要化合物如氨（NH3）、肼（N2H4）、三氟化氮（NF3）等，在生产、生活中具有重要作用．
（1）利用NH3的还原性可消除氮氧化物的污染，相关热化学方程式如下：
H2O（l）═H2O（g）△H1=44.0kJ•mol-1
N2（g）+O2（g）═2NO（g）△H2=229.3kJ•mol-1
4NH3（g）+5O2（g）═4NO（g）+6H2O（g）△H3=-906.5kJ•mol-1
4NH3（g）+6NO（g）═5N2（g）+6H2O（l）△H4
则△H4=-2317kJ•mol-1．
（2）使用NaBH4为诱导剂，可使Co2+与肼在碱性条件下发生反应，制得高纯度纳米钴，该过程不产生有毒气体．
①写出该反应的离子方程式：2Co2++N2H4+4OH-=2Co↓+N2↑+4H2O；
②在纳米钴的催化作用下，肼可分解生成两种气体，其中一种能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．若反应在不同温度下达到平衡时，混合气体中各组分的体积分数如下图1所示，则N2H4发生分解反应的化学方程式为：3N2H4N2+4NH3；为抑制肼的分解，可采取的合理措施有降低反应温度（任写一种）．

（3）在微电子工业中NF3常用作半导体、液晶和薄膜太阳能电池等生产过程的蚀刻剂，在对硅、氮化硅等材料进行蚀刻时具有非常优异的蚀刻速率和选择性，在被蚀刻物表明不留任何残留物，对表面物污染．工业上通过电解含NH4F等的无水熔融物生产NF3，其电解原理如上图2所示．
①a电极为电解池的阳（填“阴”或“阳”）极，写出该电极的电极反应式：NH4++3F--6e-=NF3+4H+；
②以NF3对氮化硅（Si3N4）材料的蚀刻为例，用反应方程式来解释为什么在被蚀刻物表面不留任何残留物4NF3+Si3N4=4N2↑+3SiF4↑．
③气体NF3不可燃但可助燃，故气体NF3应远离火种且与还原剂、易燃或可燃物等分开存放，结构决定性质，试从结构角度加以分析NF3分子中N为+3价，有较强氧化性．
④能与水发生反应，生成两种酸及一种气态氧化物，试写出相应的化学方程式3NF3+5H2O=2NO↑+9HF+HNO3．
1．X、Y、Z、W为四种短周期主族元素，其中X、Z同族，Y、Z同周期，W与X、Y既不同族也不同周期；X原子最外层电子数是核外电子层数的3倍；Y的最高正价与最低负价的代数和为6．下列说法正确的是（　　）
A．Y、Z两元素形成的简单阴离子的还原性Z＞Y
B．原子半径大小的顺序为Z＞X＞Y＞W
C．X与W形成的化合物W2X2中含有离子键和共价键
D．Y、Z两种元素最高价氧化物的水化物的酸性Z＞Y
8．N、P、As、Ga、Cr等元素化合物种类繁多，具有重要的研究价值和应用价值．请回答下列问题：
（1）N元素与Al、Si等元素在一定条件下生成AlN和Si3N4，实验测得二者在真空条件下的稳定存在的最高温度2200℃和1900℃，硬度类似金刚石，常用作耐高温和耐磨材料．请推测它们属于原子晶体类型．
（2）PCl3和PCl5是磷元素形成的两种重要化合物，请根据价电子互斥理论推测PCl3的空间构型三角锥形．
（3）As的核外电子排布式中不同类型（s、p、d、f等）的电子比是s电子：p电子：d电子=8：15：10．
（4）Cr元素价电子排布式为3d54s1．
（5）砷化镓以第三代半导体著称，性能比硅更优良，广泛用于雷达、电子计算机、人造卫星、宇宙飞船等尖端技术中已知砷化镓的晶胞结构如图所示，则砷化镓晶胞结构与NaCl晶胞不同（填“相同”或“不同”）．
（6）根据As和Ga在元素周期表中的位置判断，第一电离能As＞Ga（填“＜”“＞”或“=”）．
（7）（CH3）3Ga中镓原子的杂化类型为sp2杂化．
5．如图是部分短周期元素原子半径与原子序数的关系图．下列说法正确的是（　　）
A．最高价氧化物对应水化物的碱性：Z＜M
B．Y、R两种元素气态氢化物的沸点：Y＜R
C．X、N两种元素组成的化合物不与任何酸反应
D．简单离子的半径：Z＜X＜R
6．下列有机物合成流程图中，A（C9H12O）是芳香族化合物且分子侧链上有处于两种不同环境下的氢原子．B是烃，D为，G可用作工业增塑剂．回答下列问题：

（1）E中官能团的名称为醛基、羟基．A→B的反应类型是消去反应．
（2）G的结构简式为，已知A的一种同分异构体也能转化为B，则该同分异构体的结构简式为．
（3）写出下列有关化学方程式：
B→C+Br2→．
D→E．
（4）E有多种同分异构体，符合下列条件的属于芳香族的同分异构体共有7种．
①既能与稀硫酸又能与NaOH溶液反应；②能发生银镜反应；③分子中只有一个甲基．
写出其中具有5个核磁共振氢谱峰的一种异构体的结构简式．

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