题目内容


【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                       。

制备过程中需要加热,但是,温度过高造成的后果是                           。

【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100 mL溶液。量取25.00 mL配制的溶液用c mol·L1AgNO3标准溶液滴定,滴加3滴0.01 mol·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                    。

(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、             、排滴定管尖嘴的气泡、                   、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       (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(CrO42)为2.8×103 mol·L1,则c(Ag+)=               。

(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                。

如果滴加K2CrO4溶液过多,测得结果会                (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                              。


【答案】

(1)降低晶体溶解度(1分)加快双氧水分解和液氨挥发(1分)

(2)平衡气压(1分)

(3)用标准NaOH溶液润洗(1分)

调节碱式滴定管内液面至0刻度或0刻度以下(1分)C(2分)

(4)2.0×105mol·L1(2分)

(5)×100%(2分)偏低(2分)

(6)2CrCl2+H2O2+6NH3+2NH4Cl2Cr(NH3)4Cl3+2H2O(2分)

【解析】

(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、液氨易挥发,加热温度过高,导致反应物损失。

(2)A装置用于提供水蒸汽,需要加热。导管起平衡气压作用。

(3)滴定管经检漏之后,用标准氢氧化钠溶液润洗、调节液面至0刻度及0刻度以下才能读数,因为滴定管0刻度在上方。A项,装置漏气,部分氨气扩散了,测定的NH3质量分数偏低,错误。B项,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,错误。C项,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,正确。D项,滴定液外溅,导致测得剩余盐酸体积偏大,NH3质量分数偏小,错误。故答案选C。

(4)硝酸银易分解,类似浓硝酸,应选择棕色滴定管盛装硝酸银溶液。

Ksp(Ag2CrO4)=c2(Ag)•c(CrO42),c(Ag)=mol·L1=

2.0×105mol·L1。

(5)Ag+Cl=AgCl(s),ω(Cl)=×100%,计算式就是计算结果的过程表达式,不化简。在计算式中要带各物理量的单位,且数据取自题目中,体现思维过程。由铬酸银、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)n(Cr)∶n(NH3)∶n(Cl)==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+2NH4Cl2Cr(NH3)4Cl3+2H2O


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实验组

温度/℃

起始量(mol)

平衡量(mol)

达到平衡所

需要时间/min

CO(g)

H2O(g)

CO2(g)

H2(g)

I

800

2

2

x

1

5

II

900

1

2

0.5

0.5

T1

III

900

2

2

a

a

T2

(1)实验I中,前5min的反应速率υ(CO2)=               。

(2)下列能判断在800℃实验条件下CO(g)与H2O(g)反应一定达到平衡状态的是           。

A.容器内压强不再变化     B.n2(H2)= n(H2O)·n(CO)

C.混合气体密度不变       D.υ正(CO) =υ逆(CO2)

(3)实验II和III中CO的平衡转化率:αII(CO)    αIII(CO) (填:>、<或=,下同) ,T1      T2,a=          (填精确数值)。

(4)若实验Ⅲ的容器改为在绝热的密闭容器中进行,实验测得H2O(g)的转化率随时间变化的示意图如下图所示, b点υ正     υ逆(填“<”、“=”或“>”),t3~t4时刻,H2O(g)的转化率H2O%降低的原因是                  。

(5)CO和H2在一定条件下合成甲醇。

甲醇/空气碱性燃料电池中,

消耗32g甲醇,电池中有转移4.5 mol电子。

负极的电极反应式为                  。

该电池中电流效率为               。

(电流效率η=×100%)

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