题目内容

10.一种工业制备SrCl•6H2O的生产 流程如下:

已知:①M(SrCl2•6H2O)=267g/mol;
②Ksp(SrSO4)=3.3×10-7、Ksp(BaSO4)=1.1×10-10;
③经盐酸浸取后,溶液中除含有Sr2+和Cl-外,还含有少量Ba2+杂质.
(1)隔绝空气高温焙烧,若2mol SrSO4中只有S被还原,转移了16mol电子.写出该反应的化学方程式:SrSO4+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑.
(2)过滤2后还需进行的两步操作是洗涤、干燥.
(3)加入硫酸的目的是除去溶液中Ba2+杂质;为了提高原料的利用率,滤液中Sr2+的浓度应不高于0.03 mol/L(注:此时滤液中Ba2+浓度为1×10-5 mol/L).
(4)产品纯度检测:称取1.000g产品溶解于适量水中,向其中加入含AgNO31.100×10-2 mol的AgNO3溶液(溶液中除Cl-外,不含其它与Ag+反应的离子),待Cl-完全沉淀后,用含Fe3+的溶液作指示剂,用0.2000mol/L的NH4SCN标准溶液滴定剩余的AgNO3,使剩余的Ag+ 以AgSCN白色沉淀的形式析出.
①滴定反应达到终点的现象是溶液由无色变为血红色,且30 s不褪色.
②若滴定过程用去上述浓度的NH4SCN溶液20.00mL,则产品中SrCl2•6H2O的质量百分含量为93.45%(保留4位有效数字).

分析 SrSO4和碳隔绝空气高温焙烧生成CO、固体,固体加盐酸后溶液中除含有Sr2+和Cl-外,还含有少量Ba2+杂质,然后加硫酸生成硫酸钡沉淀,过滤除去,滤液中含SrCl2等,最后蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥得到SrCl2•6H2O.
(1)SrSO4和碳隔绝空气高温焙烧,C发生氧化反应生成CO,设S元素在还原产物中化合价为x,根据电子转移守恒,则6mol×(6-x)=16mol,解得x=-2,故还原产物为CrS;
(2)过滤2后进行的操作洗去附着的杂质并干燥;
(3)加入硫酸除去Ba2+离子;由Ba2+浓度及硫酸钡溶度积计算溶液中SO42-的浓度,再根据SrSO4的溶度积计算滤液中Sr2+的最大浓度;
(4)①Ag+ 完全以AgSCN白色沉淀的形式析出后,再滴加KSCN溶液,会与铁离子反应,溶液呈红色;
②根据消耗的NH4SCN溶液,计算剩余Ag+ 的物质的量,进而计算与氯离子反应消耗Ag+ 的物质的量,可得氯离子物质的量,由氯离子守恒计算SrCl2•6H2O的质量,进而计算含量.

解答 解:SrSO4和碳隔绝空气高温焙烧生成CO、固体,固体加盐酸后溶液中除含有Sr2+和Cl-外,还含有少量Ba2+杂质,然后加硫酸生成硫酸钡沉淀,过滤除去,滤液中含SrCl2等,最后蒸发浓缩、冷却结晶、洗涤、干燥得到SrCl2•6H2O.
(1)SrSO4和碳隔绝空气高温焙烧,C发生氧化反应生成CO,设S元素在还原产物中化合价为x,根据电子转移守恒,则6mol×(6-x)=16mol,解得x=-2,故还原产物为CrS,反应方程式为:SrSO4+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑,
故答案为:SrSO4+4C$\frac{\underline{\;高温\;}}{\;}$SrS+4CO↑;
(2)将溶液蒸发浓缩、冷却结晶,然后从溶液中将晶体过滤出来,洗涤除去表面的杂质离子并进行干燥即获得SrCl2•6H2O,
故答案为:洗涤、干燥;
(3)经盐酸浸取后的溶液中含有少量Ba2+杂质,加入硫酸的目的是除去溶液中Ba2+杂质,
由于在Ba2+浓度为1×10-5 mol/L,BaSO4的溶度积常数为1.1×10-10,所以c(SO42-)=$\frac{1.1×1{0}^{-10}}{1×1{0}^{-5}}$mol/L=1.1×10-5mol/L,而SrSO4的溶度积常数为3.3×10-7,所以c(Sr2+)=$\frac{3.3×1{0}^{-7}}{1.1×1{0}^{-5}}$mol/L=0.03mol/L,
故答案为:除去溶液中Ba2+杂质;0.03;
(4)①Ag+ 完全以AgSCN白色沉淀的形式析出后,再滴加KSCN溶液,就会与Fe3+产生络合物是溶液变为红色,因此滴定达到终点时溶液由无色变为血红色,且30 s不褪色,
故答案为:溶液由无色变为血红色,且30 s不褪色;
②n(NH4SCN)=0.2000mol/L×0.02L=4.0×10-3mol,Ag+以AgSCN白色沉淀的形式析出,所以溶液中剩余的Ag+的物质的量为:n(Ag+)=4.0×10-3mol,则与Cl-反应的Ag+的物质的量为:n(Ag+)=1.100×10-2 mol-4.0×10-3mol=7.0×10-3mol,
1.000g产品中SrCl2•6H2O的物质的量为:n(SrCl2•6H2O)=$\frac{1}{2}$×n(Ag+)=3.5×10-3mol,
1.000g产品中SrCl2•6H2O的质量为:m(SrCl2•6H2O)=3.5×10-3mol×267 g/mol=0.9345g,
所以产品纯度为:$\frac{0.9435g}{1g}$×100%=93.45%,
故答案为:93.45%.

点评 本题考查制备实验方案的设计,涉及氧化还原反应、物质的分离提纯、对试剂的分析评价、溶度积有关计算、物质含量测定、滴定原理应用等,综合性较强,基本属于拼合型题目,题目难度中等.

练习册系列答案
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15.二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体{K2[Cu(C2O4)2]•2H2O}制备流程下:

(已知:H2C2O4 $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$CO↑+CO2↑+H20)
(1)制备CuO:向CuSO4溶液中滴入NaOH溶液,加热煮沸,冷却,用如图所示的装置抽滤,然后用蒸馏水洗涤氧化铜.

①抽滤装置中仪器Z接在水龙头上,其作用是起抽气的作用,使吸滤瓶中的压强减小.
②用蒸馏水洗涤氧化铜时,证明已洗涤干净的方法是:取最后一次洗涤滤液,滴入BaCl2溶液,若无白色沉淀,说明已洗涤干净.
(2)制取KHC2O4,将H2C2O4晶体加入蒸馏水中,微热,溶解过程中温度不能太高,原因是温度过高,草酸会分解,充分溶解后分数次加入K2CO3,反应生成KHC2O4,将滤纸上的CuO充分转移到热的KHC2O4溶液中,以下操作方案中合理的是AD(填序号)
A.剪碎滤纸,加入到热的KHC2O4溶液中,待充分反应后趁热过滤
B.用稀硫酸溶解滤纸上的氧化铜,然后将溶液转入热的KHC2O4溶液中
C.用氢氧化钾溶液溶解氧化铜,并转入热的KHC2O4溶液中
D.在空气中灼烧滤纸,将剩余的固体转入热的KHC2O4溶液
(3)将CuO与KHC2O4混合液在50℃水浴加热至反应充分,发生反应的化学方程式为2KHC2O4+CuO$\frac{\underline{\;50℃\;}}{\;}$K2[Cu(C2O4)2]+H2O;
(4)二草酸合铜(Ⅱ)酸钾晶体的制备也可以用CuSO4晶体和K2C2O4溶液反应得到.从硫酸铜溶液中获得硫酸铜晶体的实验步骤为:加入适量乙醇,蒸发浓缩,冷却结晶,过滤,洗涤,干燥.
①加入适量乙醇的优点有:
a、缩短加热的时间,降低能耗;
b、降低硫酸铜的溶解度,有利于硫酸铜晶体析出.
②在蒸发浓缩的初始阶段为了将乙醇回收,采用了蒸馏操作,下列装置中仪器选择及安装都正确的是b(填序号).
2.KMnO4酸性溶液与草酸(H2C2O4)溶液反应时,溶液紫色会逐渐褪去.某探究小组用测定此反应溶液紫色消失所需时间的方法,研究外界条件对反应速率的影响.该实验条件作如下限定:
①所用KMnO4酸性溶液的浓度可选择:0.02mol•L-1、0.002mol•L-1;
②所用H2C2O4溶液的浓度可选择:0.2mol•L-1、0.4mol•L-1;
③每次实验时KMnO4酸性溶液的用量均为4mL、H2C2O4溶液的用量均为2mL.
(1)若要探究反应物浓度、温度、催化剂对反应速率的影响,通过变换这些实验条件,至少需要完成4组实验进行对比即可得出结论.
(2)在其它条件相同的情况下,某同学改变KMnO4酸性溶液的浓度,测得实验数据(从混合振荡均匀开始计时)如表所示:
KMnO4酸性溶液浓度(mol•L-1)溶液褪色所需时间(min)
第一次第二次第三次
0.02141311
0.0026.76.66.7
①用0.002mol•L-1 KMnO4酸性溶液进行实验时,KMnO4的平均反应速率2×10-4mol•L-1•min-1(忽略混合前后溶液体积变化).
②该小组同学认为依据表中数据,不能得出“溶液的褪色所需时间越短,反应速率越快”的结论.该同学设计以下方案,可以直接得出“褪色时间越短,反应的速率越快”结论.
KMnO4酸性溶液H2C2O4溶液
浓度/mol•L-1体积(mL)浓度/mol•L-1体积(mL)
0.022b4
a2c4
则表中a=0.02;b=0.2或0.4;c=0.4或0.2.
(3)H2C2O4电离常数:Ka1=5.9×10-2,Ka2=6.4×10-5.与KMnO4反应时,它将转化为CO2和H2O.
①草酸与酸性高锰酸钾溶液反应的离子方程式为2MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O.
②比较H2C2O4和碳酸酸性强弱的方法是向碳酸氢钠溶液中加入草酸溶液,有气泡生成则证明草酸酸性强,反之碳酸强.
(4)测得某次实验(恒温)时溶液中Mn2+物质的量与时间关系如图.请解释n(Mn2+)在反应初始时变化不大、一段时间后快速增大的原因:Mn2+对该反应起催化作用.

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