題型四綜合實驗探究1(2018·鹽城市高三上學(xué)期期中 )NH4Al(SO4)2·12H2O (銨明礬) 可用作泡沫滅火器的內(nèi)留劑、石油脫色劑等。用氧化鐵和鋁粉等物質(zhì)做鋁熱反應(yīng)后的鋁灰及硫酸銨等為原料制備銨明礬的實驗步驟如下：(1)鋁灰用“水洗”的目的是_；堿溶時，需在約 90 條件下進行，適宜的加熱方式為_。(2)“過濾 1”所得濾渣主要成分為_。(3) 用 下 圖 左 邊 裝 置 制 備 CO2 時 ， 適 宜 的 藥 品 A 為 _ 、 B 為_；“沉鋁”時，通入過量 CO2 發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_。(4)請設(shè)計從“過濾 2”所得濾渣制取銨明礬的實驗方案：稱取一定質(zhì)量“過濾 2”的濾渣，放入燒杯中，_，靜置，過濾、洗滌、晾干，得到 NH4Al(SO4)2·12H2O 實驗中須使用到 3 mol·L1 硫酸、(NH4)2SO4、蒸餾水、氨水、pH 試紙； 已知：NH4Al(SO4)2 飽和溶液的 pH 約為 1.5，幾種物質(zhì)的溶解度曲線見右上圖。答案(1)除去 KCl 等可溶性雜質(zhì)水浴加熱1(2)Fe233(3)塊狀石灰石(或大理石、CaCO3 等)飽和 NaHCO3 溶液AlOCO22H2O=Al(OH) HCO(4)加入適量蒸餾水，加熱并在不斷攪拌下加入 3 mol·L1 硫酸至沉淀恰好完全溶解，再加入計算量的(NH4)2SO4，用 3 mol·L1 硫酸和氨水調(diào)節(jié)溶液的 pH 在 12 之間，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶解析鋁灰水洗的目的是洗去表面可溶性雜質(zhì)，在 90 水浴條件下，用 NaOH 溶液進行溶解，2233Al2O3  2OH =2AlO  H2O ，過濾除去鐵等不溶性雜質(zhì)，向濾液中通入CO2, AlO  CO2 2H2O=Al(OH) HCO ，提純得到較純的 Al(OH)3 再制備 NH4Al(SO4)2。B(3)制備 CO2 時，適宜的藥品 A 為塊狀石灰石(或大理石、CaCO3 等) 、 為飽和 NaHCO3 溶液(除去揮發(fā)出來的 HCl)。2 (2018·南京三校高三第四次模擬 ) 實驗室回收利用廢舊鋰離子電池正極材料錳酸鋰(LiMn2O4)的一種流程如下：(1)廢舊電池可能殘留有單質(zhì)鋰，拆解不當(dāng)易爆炸、著火，為了安全，對拆解環(huán)境的要求是_。(2)“酸浸”時采用 HNO3 和 H2O2 的混合液體，可將難溶的 LiMn2O4 轉(zhuǎn)化為 Mn(NO3)2、LiNO3 等產(chǎn)物。請寫出該反應(yīng)離子方程式：_。如果采用鹽酸溶解，從反應(yīng)產(chǎn)物的角度分析，以鹽酸代替HNO3 和 H2O2 混合物的缺點是_。(3)“過濾 2”時，洗滌 Li2CO3 沉淀的操作是_。(4)把分析純碳酸鋰與二氧化錳兩種粉末，按物質(zhì)的量 14 混合均勻加熱可重新生成 LiMn2O4，升溫到 515 時，開始有 CO2 產(chǎn)生，同時生成固體 A，比預(yù)計碳酸鋰的分解溫度(723 )低很多，可能的原因是_。(5)制備高純 MnCO3 固體：已知 MnCO3 難溶于水、乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100 開始分2解；Mn(OH)2 開始沉淀的 pH7.7。請補充由上述過程中，制得的 Mn(OH)2 制備高純 MnCO3 的操作步驟實驗中可選用的試劑：H2SO4、Na2CO3、C2H5OH：向 Mn(OH)2 中邊攪拌邊加入_。答案(1)隔絕空氣和水分(2)2LiMn2O410H3H2O2=2Li4Mn23O28H2O反應(yīng)生成 Cl2，污染環(huán)境(3)沿著玻璃棒向過濾器中加入蒸餾水至浸沒沉淀，待水自然流出，重復(fù)操作 23 次(4)MnO2 作為催化劑，降低了碳酸鋰的分解溫度(5)H2SO4 溶液，固體溶解，加入 Na2CO3，并控制溶液 pH7.7，過濾，用少量的乙醇洗滌，在低于 100 條件下真空干燥解析(1)廢舊電池可能殘留有單質(zhì)鋰，鋰化學(xué)性質(zhì)活潑，鋰可與空氣中的 O2 和 H2O 反應(yīng)，對拆解環(huán)境的要求是：隔絕空氣和水分。13(2)“酸浸”時采用 HNO3 和 H2O2 的混合液體，可將難溶的 LiMn2O4 轉(zhuǎn)化為 Mn(NO3)2、LiNO3 等產(chǎn)物，LiMn2O4 被還原成 Mn(NO3)2，則 H2O2 被氧化成 O2，反應(yīng)中 1 mol LiMn2O4 參與反應(yīng)得到 3 mol電子， mol H2O2 失去 2 mol 電子，根據(jù)得失電子守恒和原子守恒，反應(yīng)的化學(xué)方程式為 2LiMn2O410HNO33H2O2=2LiNO 4Mn(NO3)23O28H2O，反應(yīng)的離子方程式為 2LiMn2O410H3H2O2=2Li4Mn23O28H2O。若采用鹽酸溶解，鹽酸作還原劑被氧化成Cl2，以鹽酸代替 HNO3 和 H2O2 混合物的缺點是：反應(yīng)生成 Cl2，污染環(huán)境。43(5)根據(jù)題目提供的試劑分析，制備 MnCO3 的原理為：Mn(OH)2H2SO4=MnSO 2H2O、MnSO4Na2CO3=MnCO Na2SO4，pH7.7 時開始形成 Mn(OH)2 沉淀，加入 Na2CO3 沉淀 Mn2時控制pH<7.7；制備 MnCO3 的步驟為：向 Mn(OH)2 中加入 H2SO4，固體溶解轉(zhuǎn)化為 MnSO4 溶液，向 MnSO4溶液中加入 Na2CO3 并控制 pH<7.7 獲得 MnCO3 沉淀；由于“MnCO3 難溶于水、乙醇，潮濕時易被空氣氧化，100 開始分解”，所以為了減少 MnCO3 的氧化變質(zhì)和分解以及溶解損失，過濾分離出 MnCO3 后，用乙醇洗滌，在低于 100 條件下真空干燥。33(2018·泰州中學(xué)高三第四次模擬 )紅礬鈉(Na2Cr2O7·2H2O)廣泛用作強氧化劑、鞣革劑。以鉻礦石(主要成分為 Cr2O3，還含有 FeO、Al2O3、SiO2 等雜質(zhì))為原料制取紅礬鈉的流程如下：47477已知：CrO2與 Cr2O2存在如下平衡：2CrO22HCr2O2H2O，當(dāng) pH<3 時，以 Cr2O2為4主，當(dāng) pH>9 時，以 CrO2為主。鈉鹽在不同溫度下的溶解度(g)：溫度()Na2SO4109.02019.43040.84048.85046.76045.37044.18043.7385.Na2Cr2O7170.2180.1196.7220.5248.4283.1323.84注：32.38 以上，與飽和溶液平衡的固相為無水 Na2SO4，以下則為 Na2SO4·10H2O。Cr3完全沉淀時 pH 為 6.8，Cr(OH)3 開始溶解時 pH 為 12。請回答下列問題：(1)煅燒鉻礦石時，生成 Na2CrO4 的化學(xué)方程式為_。(2)濾渣的成分是_(填化學(xué)式)。(3)有人認為工藝流程中“用稀硫酸調(diào) pH”改為“通入過量 CO2”，不需調(diào)節(jié) pH 同樣可以達到實驗效果，理由是_。(4)向紅礬鈉溶液中加入適量 KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到 K2Cr2O7 固體。冷卻到_(填字母)得到的 K2Cr2O7 固體產(chǎn)品最多。4A80 B60 C40 D10 (5)該工藝所得副產(chǎn)品主要為無水硫酸鈉并混有少量重鉻酸鈉，請設(shè)計從副產(chǎn)品中獲得芒硝(Na2SO4·10H2O)的實驗方案：將該副產(chǎn)品按固液質(zhì)量比 100230 溶于熱水，加入稍過量的Na2SO3 溶液，攪拌，_，過濾，洗滌，低溫干燥(實驗中須使用的試劑：稀 H2SO4、NaOH 溶液)。煅燒答案(1)2Cr2O34Na2CO3 3O2=4Na2CrO44CO2(2)H2SiO3、 Al(OH)3(3)過量的 CO2 不會使 Al(OH)3 溶解，生成的 NaHCO3 在后續(xù)步驟中加入稀硫酸可以除去(4)D(5)緩緩加入稀 H2SO4，靜置，冷卻自然結(jié)晶，過濾，將晶體用熱水溶解，加入適量NaOH 溶液至溶液 pH 約為 6.812，趁熱過濾，將濾液冷卻自然結(jié)晶解析(2)濾液中加入稀硫酸調(diào)節(jié) pH 可生成 H2SiO3 和 Al(OH)3 沉淀，因此濾渣  的成分是 H2SiO3、 Al(OH)3。(3)通入過量 CO2，可以生成 Al(OH)3 和 H2SiO3 沉淀，過量的 CO2 不會溶解 Al(OH)3，生成的 NaHCO3 加入稀硫酸可以除去。(4)向紅礬鈉溶液中加入適量 KCl，蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶，過濾得到 K2Cr2O7 固體，由溶解度圖示可知，冷卻到 10 時得到的 K2Cr2O7 固體最多。 (5)要從副產(chǎn)品中獲得芒硝，可以設(shè)計如下的實驗方案：將該副產(chǎn)品按固液質(zhì)量比100230 溶于熱水，加入稍過量的 Na2SO3 溶液，攪拌，向所得的溶液中加入稀硫酸，然后靜置，讓溶液冷卻自然結(jié)晶。對靜置后的溶液進行過濾，將得到的晶體溶于熱水中，然后加入適量的 NaOH 溶液調(diào)節(jié) pH 約為 6.812，趁熱過濾，將得到的濾液冷卻自然結(jié)晶，得到芒硝。4(2018·江蘇省海安高級中學(xué)高三 1 月月考)謝弗勒爾鹽(Cu2SO3·CuSO3·2H2O)是一種深紅色固體，不溶于水和乙醇，100 時發(fā)生分解。可由 CuSO4·5H2O 和 SO2 等為原料制備，實驗裝置如下圖所示：5(1) 裝 置 A 在 常 溫 下 制 取 SO2 時 ， 用 較 濃 的 硫 酸 而 不 用 稀 硫 酸 ， 其 原 因 是_。(2)裝置 B 中發(fā)生反應(yīng)的離子方程式為_。(3)裝置 C 的作用是_。(4)從 B 中獲得的固體需先用蒸餾水充分洗滌，再真空干燥。檢驗洗滌已完全的方法是_。不用烘干的方式得到產(chǎn)品，其原因是_。(5)請補充完整由工業(yè)級氧化銅(含少量 FeO)制備實驗原料(純凈 CuSO4·5H2O)的實驗方案：向工業(yè)級氧化銅中邊攪拌邊加入稍過量的硫酸溶液，微熱使其完全溶解，_，過濾，用 95%酒精洗滌晶體 23 次，晾干，得到 CuSO4·5H2O。已知：該溶液中氫氧化物開 始 沉 淀 與 沉 淀 完 全 時 的 pH 范 圍 分 別 為 ： Fe(OH)2(5.8,8.8) ； Cu(OH)2(4.2,6.7) ；Fe(OH)3(1.1,3.2)。在水溶液中超過 100 ，硫酸銅晶體易失去結(jié)晶水。硫酸銅晶體溶解度曲線如圖所示：答案(1)二氧化硫易溶于水24(2)3Cu23SO26H2O=Cu SO3·CuSO3·2H2O8HSO2(3)防止倒吸(4)取少量最后一次的洗滌過濾液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的BaCl2 溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌完全防止謝弗勒爾鹽發(fā)生分解6(5)邊攪拌邊向其中滴入 H2O2 溶液，加入適量純凈的 CuO或 Cu(OH)2，調(diào)節(jié) 3.2<pH<4.2，靜置，過濾，將濾液水浴加熱蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶解析裝置 A 由濃硫酸和亞硫酸鈉制備二氧化硫，與硫酸銅溶液在 6080 條件下于裝置 B中反應(yīng)生成謝弗勒爾鹽 (Cu2SO3·CuSO3·2H2O)，D 裝置用來吸收未反應(yīng)完的二氧化硫有毒氣體。(1)二氧化硫易溶于水，用濃硫酸含水量少，且能吸水，有利于二氧化硫的逸出。(2)裝置 B 中硫酸銅與二氧化硫生成產(chǎn)物24Cu2SO3·CuSO3·2H2O，銅元素化合價降低到1 價，則二氧化硫中硫元素升高到6 價，則該離子方程式為：3Cu23SO26H2O=Cu SO3·CuSO3·2H2O8HSO2。(4)產(chǎn)物若未洗滌干凈，則表面含有硫酸根離子，檢驗硫酸根離子即可，方法為：取少量最后一次的洗滌過濾液于試管中，向其中滴加鹽酸酸化的 BaCl2 溶液，若不產(chǎn)生白色沉淀，則表明已洗滌完全。由題可知，謝弗勒爾鹽受熱易分解，不能烘干。(5)由工業(yè)級氧化銅(含少量 FeO)制備實驗原料(純凈 CuSO4·5H2O)，向工業(yè)級氧化銅中邊攪拌邊加入稍過量的硫酸溶液，微熱使其完全溶解，得到硫酸銅和硫酸亞鐵的混合溶液，需將亞鐵離子除去，根據(jù)題目中信息，亞鐵離子以沉淀形式除去時銅離子有損失，而鐵離子完全沉淀時對銅離子無損失，則應(yīng)先將亞鐵離子氧化為鐵離子，考慮不引入新雜質(zhì)，應(yīng)選擇雙氧水，再調(diào)節(jié) pH 將鐵離子沉淀，故操作為：向工業(yè)級氧化銅中邊攪拌邊加入稍過量的硫酸溶液，微熱使其完全溶解，邊攪拌邊向其中滴入 H2O2 溶液，加入適量純凈的 CuO或 Cu(OH)2調(diào)節(jié) 3.2pH4.2，靜置，過濾，將濾液水浴加熱蒸發(fā)，濃縮至表面出現(xiàn)晶膜，冷卻結(jié)晶，過濾，用95%酒精洗滌晶體 23 次，晾干，得到 CuSO4·5H2O。5(2017·淮陰中學(xué)高三下學(xué)期期初考試)以廢舊鉛酸電池中的含鉛廢料(Pb、PbO、PbO2、PbSO4及炭黑等)和 H2SO4 為原料，制備高純 PbO，實現(xiàn)鉛的再生利用。其工作流程如下：(1) 過 程  中 ， 在 Fe2  催 化 下 ， Pb 和 PbO2 反 應(yīng) 生 成 PbSO4 的 化 學(xué) 方 程 式 是_。(2)過程中，F(xiàn)e2催化過程可表示為743i：2Fe2PbO24HSO2=2Fe PbSO42H2Oii：寫出 ii 的離子方程式：_。下列實驗方案可驗證上述催化過程。將實驗方案補充完整。A向酸化的 FeSO4 溶液中加入 KSCN 溶液，溶液幾乎無色，再加入少量 PbO2，溶液變紅。B_。(3)PbO 溶解在 NaOH 溶液中，其溶解度曲線如圖所示。過程的目的是脫硫。濾液經(jīng)處理后可在過程中重復(fù)使用，其目的是 _(填字母)。A減小 PbO 的損失，提高產(chǎn)品的產(chǎn)率B重復(fù)利用 NaOH，提高原料的利用率C增加 Na2SO4 濃度，提高脫硫效率過程的目的是提純，結(jié)合上述溶解度曲線，簡述過程的操作：_。4答案(1)PbPbO22H2SO4=2PbSO 2H2O44(2)2Fe3PbSO2=PbSO 2Fe2取 A 中紅色溶液少量，加入過量 Pb，充分反應(yīng)后，紅色褪去(3)AB將粗 PbO 溶解在一定量 35% NaOH 溶液中，加熱至 110 ，充分溶解后，趁熱過濾，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥得到 PbO 固體4解析(1)結(jié)合工藝流程圖，過程中，在 Fe2催化下，Pb 和 PbO2 反應(yīng)生成 PbSO4 和水，化學(xué)方程式：PbPbO22H2SO4=2PbSO 2H2O。(2)催化劑參加反應(yīng)，改變反應(yīng)歷程，降低反應(yīng)活化能，加快反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后保持不變，中 Fe2被氧化為 Fe3，中 Fe3被還原成 Fe2，離子方程式：442Fe3PbSO2=PbSO 2Fe2。8取 A 中紅色溶液少量，溶液中存在平衡，F(xiàn)e33SCNFe(SCN)3，加入過量 Pb，F(xiàn)e3 被還原成 Fe2 ，平衡逆向移動，充分反應(yīng)后，紅色褪去。(3)過程脫硫過程中發(fā)生的反應(yīng)為 PbSO42NaOH=PbONa2SO4H2O，由于 PbO 能溶解于NaOH 溶液，因此濾液中含有 Pb 元素，重復(fù)使用濾液可減少 PbO 的損失，且濾液中過量的 NaOH 可以重復(fù)利用，提高原料的利用率，故選 AB。根據(jù) PbO 的溶解度曲線，提純的方法是將粗 PbO 溶解在 NaOH 溶液中，結(jié)合溶解度曲線，NaOH 濃度越高、溫度越高，PbO 的溶解度越大，將粗 PbO 溶解在一定量 35% NaOH 溶液中，加熱至 110 ，充分溶解后，趁熱過濾，冷卻結(jié)晶，過濾，洗滌，干燥得到 PbO 固體。秀9