题目内容

9．碳酸镁晶须是一种新型吸波隐形材料中的增强剂．某工厂以MgCl2（含少量杂质FeCl2、FeCl3）为原料制备碳酸镁晶须（MgCO3•H2O）的工艺流程如下：

已知：Fe3+、Fe2+、Mg2+生成氢氧化物沉淀时的pH
物质开始沉淀沉淀完全
Fe（OH）32.73.7
Fe（OH）27.69.6
Mg（OH）29.911.1
注：Fe（OH）2沉淀呈絮状，不易从溶液中除去．
（1）写出“氧化”过程中发生的离子反应方程式并用单线桥标出电子转移的方向和数目．
（2）pH调节的范围3.7～9.9之间，滤渣的主要成分Fe（OH）3（填化学式）．
（3）操作X包括过滤、洗涤、烘干，证明碳酸镁晶须已经洗涤干净的方法取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，没有白色沉淀生成，说明洗涤干净．
（4）水浸后溶液中Fe2+、Fe3+含量的测定
①取水浸后溶液100.00mL，测得Cl-的浓度为0.455mol•L-1，向其中缓缓通入氯气使Fe2+恰好完全转化为Fe3+，测得此时溶液中Cl-的浓度为0.460mol•L-1（溶液体积变化忽略不计）．
②另取水浸后溶液100.00mL，向其中加入过量的1mol•L-1NaOH溶液，充分反应后过滤、洗涤、灼烧，冷却后，称得固体粉末的质量为0.96g．
试通过计算确定水浸后溶液中Fe2+、Fe3+的物质的量浓度（写出计算过程）．

分析 原料水浸加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，过滤后，滤液中氨水与碳酸氢铵得到沉淀，再过滤、洗涤、烘干得到碳酸镁晶须．
（1）氧化过程发生反应：H2O2+2H++2Fe2+═2Fe3++2H2O；
（2）“调节pH”目的是使Fe3+等杂质离子生成氢氧化物沉淀除去，且尽量避免Mg2+转化为沉淀；
（3）碳酸镁晶须表面会附着氯离子等，可以用硝酸银溶液检验最后洗涤液中是否含有氯离子判断是否洗涤干净；
（4）通入氯气发生反应：Cl2-+2Fe2+═2Fe3++2Cl-，氯离子浓度变化量等于溶液中亚铁离子浓度；
将加入NaOH溶液得到的沉淀洗涤、灼烧，最终得到Fe2O3，根据Fe原子守恒计算n（Fe3+），进而计算溶液中的Fe3+的浓度．

解答 解：原料水浸加入过氧化氢，将亚铁离子氧化为铁离子，再调节pH，使铁离子转化为氢氧化铁而除去，过滤后，滤液中氨水与碳酸氢铵得到沉淀，再过滤、洗涤、烘干得到碳酸镁晶须．
（1）氧化过程发生反应：H2O2+2H++2Fe2+═2Fe3++2H2O，用单线桥标出电子转移的方向和数目为：，
故答案为：；
（2）“调节pH”目的是使Fe3+等杂质离子生成氢氧化铁沉淀除去，且尽量避免Mg2+转化为沉淀，根据各氢氧化物沉淀生成的pH与沉淀完全的pH，可知应控制pH在3.7～9.9之间，滤渣的主要成分为Fe（OH）3，
故答案为：3.7～9.9之间；Fe（OH）3；
（3）碳酸镁晶须表面会附着氯离子等，取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，没有白色沉淀生成，说明洗涤干净，
故答案为：取最后一次洗涤液，加入硝酸酸化，再加入硝酸银溶液，没有白色沉淀生成，说明洗涤干净；
（4）通入氯气发生反应：Cl2-+2Fe2+═2Fe3++2Cl-，根据方程式可知，氯离子浓度变化量等于溶液中亚铁离子浓度，则溶液中c（Fe2+）=△c（Cl-）=0.460mol/L-0.455mol/L=0.005mol/L，
将加入NaOH溶液得到的沉淀洗涤、灼烧，最终得到MgO和Fe2O3，设其物质的量分别为xmol和ymol，根据电荷守恒有2x+6y=0.0460mol，根据题意有40x+160y=0.96，所以x=0.04mol，y=0.001mol，所以根据Fe原子守恒n（Fe3+）=0.001mol×2-0.005mol/L×0.1L=0.0015mol，故溶液中的Fe3+的浓度为0.015mol/L，
答：水浸后溶液中Fe2+的浓度为0.005mol/L，Fe3+的物质的量浓度为0.015mol/L．

点评 本题考查学生对工艺流程的理解、氧化还原反应、对条件的控制选择与理解等，理解工艺流程原理是解题的关键，是对学生综合能力的考查，需要学生具备扎实的基础与灵活运用能力，题目难度中等．

练习册系列答案
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19．NA表示阿伏伽德罗常数，1molNaOH固体含有（　　）
A．NA个OH-B．3NA个离子C．2NA原子D．10NA个电子
20．铜是第四周期最重要的过渡元素之一，其单质及化合物具有广泛用途．CuH的晶体结构如图所示，若CuH的密度为d g•cm-3，阿伏加德罗常数的值为NA，则该晶胞的边长为$\root{3}{\frac{260}{d{N}_{A}}}$cm（用含d和NA的式子表示）．
17．关于下列各有机物的说法正确的是（　　）
A．乙醇难溶于水B．乙烯可使酸性KMnO4溶液褪色
C．乙酸的酸性比碳酸弱D．苯不能萃取碘水中的碘单质
4．材料是人类社会发展的物质基础，材料科学的发展离不开化学．
①黏土是陶瓷的生产原料，其中江苏宜兴的高岭土是含有杂质较少的高品质黏土，其主要组成可表示为Al2Si2Ox（OH）4，则x=5．
②2016年奥运会在巴西举行，场馆的建设需大量的建筑材料．其中生产水泥、玻璃共同的原料是碳酸钙（填名称），场馆内的座椅通常用高密度聚乙烯（HDPE）为原料制得，聚乙烯属于热塑性塑料（填“热固性”或“热塑性”）．
③沪通铁路建设正在积极推进，其中如何防止铁轨的腐蚀是工程技术人员攻克的难题之一．铁在发生电化学腐蚀时的负极反应方程式为Fe-2e-=Fe2+．
④工业上常用SiCl4与O2在高温条件下通过置换反应制得SiO2，并于2000℃下拉成光纤细丝．该反应的化学方程式为SiCl4+O2$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SiO2+2Cl2．
14．下列说法正确的是（　　）
A．已知0.1 mol•L-1的醋酸溶液中存在电离平衡：CH3COOH?CH3COO-+H+，加少量烧碱溶液可使溶液中c（H+）/c（CH3COOH）值增大
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1．醇与氢卤酸反应是制备卤代烃的重要方法．实验室制备1一溴丁烷的反应和实验装置如下：
NaBr+H2SO4$\frac{\underline{\;微热\;}}{\;}$HBr+NaHSO4①
C4H9-OH+HBr$\stackrel{△}{→}$ C4H9-Br+H2O②
可能存在的副反应有：醇在浓硫酸的存在下脱水生成烯和醚，Br-被浓硫酸氧化为Br2等．
有关数据列表如下：
熔点/℃沸点/℃密度/g•cm-3
正丁醇-89.53117.250.81
1-溴丁烷-112.4101.61.28
（1）实验装置中仪器a的名称是直形冷凝管；反应加热时的温度不宜超过100℃，较好的加热方法是水浴加热．圆底烧瓶中碎瓷片的作用是防止暴沸；．装置中倒扣漏斗的作用是防止溴化氢极易溶于水而倒吸；
（2）制备操作中，加入的浓硫酸必须进行适当稀释，其目的是abc（填字母序号）．
a．减少副产物烯和醚的生成      b．减少Br2的生成
c．减少HBr的挥发              d．水是反应的催化剂
（3）反应结束后，将反应混合物中1-溴丁烷分离出来，应采取蒸馏操作得到较纯的1-溴丁烷，蒸馏装置除了用到冷凝管、温度计、牛角管、锥形瓶，还需要的玻璃仪器是酒精灯、蒸馏烧瓶；
（4）将反应结束后得到的混合物经过蒸馏操作得到较纯的1-溴丁烷的产物中，可能含有的杂质主要是水；
（5）将1-溴丁烷产品置于分液漏斗中加水，振荡后静置，产物在下层（填“上层”、“下层”或“不分层”）．
（6）某实验小组制取1-溴丁烷时，向圆底烧瓶中加入7.4g正丁醇，13.0g NaBr和足量的浓硫酸，最终制得1一溴丁烷9.6g，则1一溴丁烷的产率是70%（保留2位有效数字）．
18．工业制硫酸中的一步重要反应是SO2（在400-500℃下的催化氧化：2SO2+O2?2SO3，这是一个正反应放热的可逆反应，如果反应在密闭容器中进行，下述有关说法错误的是（　　）
A．在上述条件下，SO2可能100%的转化为SO3
B．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率
C．达到平衡时，SO2与SO3的浓度保持不变
D．为了提高SO2的转化率，可以适当提高O2的浓度
19．甲酸（HCOOH）是一种有刺激性气味的无色液体，有很强的腐蚀性、较强的还原性．熔点8.4℃，沸点100.7℃，能与水、乙醇互溶，加热至160℃即分解成二氧化碳和氢气．
（1）实验室可用甲酸与浓硫酸共热制备一氧化碳：HCOOH$\frac{\underline{\;\;\;\;\;浓硫酸\;\;\;\;\;}}{80℃-90℃}$H2O+CO↑，实验的部分装置如下图所示．制备时先加热浓硫酸至80℃-90℃，再逐滴滴入甲酸．

①请从图中挑选所需的仪器，补充图中虚线方框中缺少的气体发生装置：ac、e（填选项序号）（必要的塞子、玻璃管、橡胶管、固定装置已省略）．其中，温度计的水银球应该处于液面以下，但不能接触烧瓶底部位置．

②装置Ⅱ的作用是防止水槽中的水因倒吸流入蒸馏烧瓶中．
（2）实验室可用甲酸制备甲酸铜．其方法是先用硫酸铜和碳酸氢钠作用制得碱式碳酸铜，碱式碳酸铜再与甲酸反应制得四水甲酸铜[Cu（HCOO）2•4H2O]晶体．相关的化学方程式是：
2CuSO4+4NaHCO3═Cu（OH）2•CuCO3↓+3CO2↑+2Na2SO4+H2O
Cu（OH）2•CuCO3+4HCOOH+5H2O═2Cu（HCOO）2•4H2O+CO2↑
实验步骤如下：
Ⅰ、碱式碳酸铜的制备：

①步骤ⅰ是将一定量CuSO4•5H2O晶体和NaHCO3固体一起放到研钵中研磨，其目的是研细并混合均匀．
②步骤ⅱ是在搅拌下将固体混合物分多次缓慢加入热水中，反应温度控制在70℃-80℃，如果看到有黑色固体生成（填写实验现象），说明温度过高．
③步骤ⅱ的后续操作有过滤、洗涤．检验沉淀是否已洗涤干净的方法为取最后一次洗涤液少许于试管中，滴加BaCl2溶液，若不产生白色沉淀，说明沉淀已洗涤干净，若产生白色沉淀，说明沉淀未洗涤干净．
Ⅱ、甲酸铜的制备：
将Cu（OH）2•CuCO3固体放入烧杯中，加入一定量热的蒸馏水，再逐滴加入甲酸至碱式碳酸铜恰好全部溶解，趁热过滤除去少量不溶性杂质．在通风橱中蒸发滤液至原体积的$\frac{1}{3}$时，冷却析出晶体，过滤，再用少量无水乙醇洗涤晶体2～3次，晾干，得到产品．
④“趁热过滤”中，必须“趁热”的原因是防止甲酸铜晶体析出．
⑤用乙醇洗涤晶体的目的是洗去晶体表面的水和其它杂质．
（3）请设计实验证明甲酸具有较强的还原性：往甲酸溶液中滴加氢氧化钠溶液调成碱性．再取该溶液几滴滴加到2mL新制银氨溶液中，水浴加热，有银镜生成．

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