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滚动加练3 常见无机物及其综合应用
1．0.80 g CuSO4·5H2O样品受热脱水过程的热重曲线(样品质量随温度变化的曲线)如图所示。
请回答下列问题：
(1)试确定200 ℃时固体物质的化学式______________________________ ______________________________________(要求写出推断过程)。
(2)取270 ℃所得的样品，于570 ℃下灼烧得到的主要产物是黑色粉末和一种氧化性气体，该反应的化学方程式为______________________________ ______________________________________________________。
把该黑色粉末溶解于稀硫酸中，经浓缩、冷却，有晶体析出，该晶体的化学式为______________________，其存在的最高温度是__________________。
(3)上述氧化性气体与水反应生成一种化合物，该化合物的浓溶液与Cu在加热时发生反应的化学方程式为___________________________________。
(4)在0.10 mol·L－1硫酸铜溶液中加入氢氧化钠稀溶液充分搅拌，有浅蓝色氢氧化铜沉淀生成，常温下，当溶液的pH＝8时，c(Cu2＋)＝__________________ mol·L－1{Ksp[Cu(OH)2]＝2.2×10－20}。若在0.1 mol·L－1硫酸铜溶液中通入过量H2S气体，使Cu2＋完全沉淀为CuS，此时溶液中的H＋浓度是__________ mol·L－1。
解析 本题主要考查考生的读图力量、分析力量以及运用已有学问解决未知问题的力量。(1)0.80 g CuSO4·5H2O的物质的量是0.003 2 mol，加热到200 ℃时，固体质量为0.57 g。设该固体物质含有x个结晶水，则列式：0.003 2×(160＋18x)＝0.57，得x≈1，可得200 ℃时该固体物质的化学式为CuSO4·H2O。
(2)由图可知270 ℃时的固体质量与258 ℃时相同，均为0.51 g，经计算所得的样品为CuSO4,570 ℃下灼烧硫酸铜生成黑色粉末和一种氧化性气体，其反应的方程式为CuSO4CuO＋SO3↑，氧化铜溶于稀硫酸中，结晶得到CuSO4·5H2O，由图可知温度高于102 ℃，CuSO4·5H2O就会分解。故其存在的最高温度为102 ℃，(3)SO3与水反应生成硫酸，则有：Cu＋2H2SO4(浓)CuSO4＋SO2↑＋2H2O。(4)pH＝8时c(OH－)＝10－6，由氢氧化铜的沉淀溶解平衡常数可知Ksp＝c(Cu2＋)·c2(OH－)＝10－12×c(Cu2＋)＝2.2×10－20，得c(Cu2＋)＝2.2×10－8 mol·L－1；通入过量H2S使Cu2＋沉淀完全，已知c(Cu2＋)＝0.1 mol·L－1，依据反应关系式：Cu2＋～S2－～2H＋得c(H＋)＝0.2 mol·L－1。
答案 (1)CuSO4·H2O
CuSO4·5H2OCuSO4·(5－n)H2O＋nH2O
250 18n
0.80 g 0.80 g－0.57 g＝0.23 g
可得n≈4
200 ℃时该固体物质的化学式为CuSO4·H2O
(2)CuSO4CuO＋SO3↑
CuSO4·5H2O 102 ℃
(3)2H2SO4(浓)＋CuCuSO4＋SO2↑＋2H2O
(4)2.2×10－8 0.2
2．(2022·徐州三调)SnSO4是一种重要的硫酸盐，在工业生产中有着广泛的应用。其制备路线如下：
已知：在酸性条件下，溶液中的Sn2＋可被空气中的氧气氧化成Sn4＋；SnCl2能水解生成碱式氯化亚锡[Sn(OH)Cl]。
(1)写出物质A的名称：__________________。
(2)SnCl2用盐酸而不用水溶解的缘由是____________________________ __________________________________________(用化学方程式表示)。
(3)锡粉的作用是除去酸溶时产生的少量Sn4＋，请写出产生Sn4＋的离子方程式：__________________________________________。
(4)反应Ⅰ生成的沉淀为SnO，写出该反应的化学方程式：____________ ______________________________。
该反应的温度需要把握在75 ℃左右的缘由是______________________。
(5)试验室中“漂洗”沉淀的试验操作方法是____________________。
解析 (1)流程分析，酸溶时，Sn2＋易被空气中氧气氧化为Sn4＋，搅拌时加入Sn粉，可将Sn4＋还原为Sn2＋，加入碳酸氢铵是为了沉淀Sn2＋生成SnO，加入A溶解SnO生成SnSO4，故A是稀硫酸。(2)Sn2＋能水解，用盐酸可抑制其水解。(5)“漂洗”沉淀，即是洗涤沉淀。
答案 (1)硫酸(或硫酸溶液或稀硫酸)
(2)SnCl2＋H2OSn(OH)Cl＋HCl(不写可逆符号的也给分)
(3)2Sn2＋＋O2＋4H＋===2Sn4＋＋2H2O
(4)SnCl2＋2NH4HCO3===SnO↓＋2CO2↑＋2NH4Cl＋H2O
温度较高时碳酸氢铵会分解(其他合理答案均可)
(5)(沿玻璃棒)向漏斗(或过滤器)中加蒸馏水至浸没沉淀，静置，待水全部自然流出后，重复操作2～3次
3．(2022·苏锡常镇二调)某工厂利用褐煤烟灰(主要成分为碳、二氧化锗，还有少量氧化铝和二氧化硅)制取纯GeO2的主要流程如下：
已知：GeO2是一种难溶于水的偏弱酸性的两性氧化物，GeCl4的沸点是83.1 ℃。
(1)写出二氧化锗与碳酸钠焙烧时发生反应的化学方程式：_______________ ___________________________。
(2)用水浸取焙烧物长达2 h的目的是____________________________。
(3)“酸化”至溶液中盐酸浓度为5.3 mol·L－1时有利于生成四氯化锗，写出该反应的化学方程式：______________________________________。
(4)若滤液“酸化”时酸度不够，溶液会消灭明显的浑浊，缘由是_________ _________________________________。
(5)操作“X”的名称为__________________。
(6)四氯化锗与高纯水反应的化学方程式为________________________ ____________________________________________________________。
解析 (1)GeO2是一种难溶于水的偏弱酸性的两性氧化物，与Na2CO3焙烧时发生类似于SiO2与Na2CO3焙烧时发生的反应，即Na2CO3＋GeO2Na2GeO3＋CO2↑。(2)延长浸泡时间可以使生成的Na2GeO3充分溶于水。(3)用盐酸酸化到呈酸性时有利于生成四氯化锗，是由于锗酸呈两性，它与过量盐酸反应才能生成四氯化锗，反应的化学方程式为Na2GeO3＋6HCl===GeCl4＋2NaCl＋3H2O。(4)锗酸钠溶液用盐酸酸化的过程可看作先生成锗酸，然后再与盐酸反应生成四氯化锗，所以盐酸不足量时会有锗酸(或GeO2·nH2O)生成而消灭浑浊。(5)由题意可知，对酸化后的溶液进行蒸馏可使四氯化锗蒸出，再冷凝而得到四氯化锗。(6)四氯化锗可以水解而得到锗酸，再受热就分解成了二氧化锗的水合物，进一步提高温度即可得到二氧化锗，反应的化学方程式为GeCl4＋(2＋n)H2O===GeO2·nH2O＋4HCl。
答案 (1)Na2CO3＋GeO2Na2GeO3＋CO2↑
(2)为了提高含锗化合物的浸出率
(3)Na2GeO3＋6HCl===GeCl4＋2NaCl＋3H2O (4)生成了H2GeO3(或GeO2或GeO2·nH2O)沉淀 (5)蒸馏 (6)GeCl4＋(2＋n)H2O===GeO2·nH2O＋4HCl
4．(2021·江苏，16)氧化镁在医药、建筑等行业应用广泛。硫酸镁还原热解制备高纯氧化镁是一种新的探究。以菱镁矿(主要成分为MgCO3，含少量FeCO3)为原料制备高纯氧化镁的试验流程如下：
(1)MgCO3与稀硫酸反应的离子方程式为________________________ ____________________________________________。
(2)加入H2O2氧化时，发生反应的化学方程式为_________________ ___________________________________________________。
(3)滤渣2的成分是__________________(填化学式)。
(4)煅烧过程存在以下反应：
2MgSO4＋C2MgO＋2SO2↑＋CO2↑
MgSO4＋CMgO＋SO2↑＋CO↑
MgSO4＋3CMgO＋S↑＋3CO↑
利用下图装置对煅烧产生的气体进行分步吸取或收集。
①D中收集的气体是__________________(填化学式)。
②B中盛放的溶液可以是__________________(填字母)。
a．NaOH溶液 b．Na2CO3溶液
c．稀硝酸 d．KMnO4溶液
③A中得到的淡黄色固体能与热的NaOH溶液反应，产物中元素的最高价态为＋4，写出该反应的离子方程式：______________________________。
解析 (1)MgCO3微溶于水写离子方程式时不能拆成离子形式，硫酸是强酸能拆成离子形式。(2)由于菱镁矿中含有FeCO3，所以溶液中存在FeSO4，要除去杂质Fe2＋可先将其氧化成Fe3＋，再调整pH除去，因此H2O2是氧化剂，发生反应：2FeSO4＋H2O2＋H2SO4===Fe2(SO4)3＋2H2O。(3)用氨水调整pH＝4除去Fe3＋，滤渣2为Fe(OH)3。(4)题目中要求利用图中装置进行气体的分步吸取或收集。①煅烧后存在四种气体：S、SO2、CO2和CO。由③可知A中得淡黄色固体，即S，B吸取SO2，C吸取CO2，D中收集CO。②B吸取SO2但不吸取CO2，可选用KMnO4溶液，留意不能用NaOH溶液或Na2CO3溶液，由于它们吸取SO2的同时也吸取CO2，题目要求是分步吸取。③中发生S与热的NaOH溶液反应，产生＋4价硫的化合物即Na2SO3，说明另外有硫元素的化合价降低，即有－2价硫的化合物生成，其离子方程式为：3S＋6OH－2S2－＋SO＋3H2O。
答案 (1)MgCO3＋2H＋===Mg2＋＋CO2↑＋H2O
(2)2FeSO4＋H2O2＋H2SO4===Fe2(SO4)3＋2H2O
(3)Fe(OH)3
(4)①CO ②d ③3S＋6OH－2S2－＋SO＋3H2O
5．(2022·全国新课标Ⅱ，27)铅及其化合物可用于蓄电池、耐酸设备及X射线防护材料等。回答下列问题：
(1)铅是碳的同族元素，比碳多4个电子层。铅在元素周期表的位置为第__________________周期、第__________________族；PbO2的酸性比CO2的酸性__________________(填“强”或“弱”)。
(2)PbO2与浓盐酸共热生成黄绿色气体，反应的化学方程式为___________ ___________________。
(3)PbO2可由PbO与次氯酸钠溶液反应制得，反应的离子方程式为____________________________；PbO2也可以通过石墨为电极，Pb(NO3)2和Cu(NO3)2的混合溶液为电解液电解制取。阳极发生的电极反应式为__________________________，阴极上观看到的现象是_____________ _____________；若电解液中不加入Cu(NO3)2，阴极发生的电极反应式为____________________，这样做的主要缺点是__________________________。
(4)PbO2在加热过程发生分解的失重曲线如下图所示，已知失重曲线上的a点为样品失重4.0%(即×100%)的残留固体。若a点固体组成表示为PbOx或mPbO2·nPbO，列式计算x值和m∶n值。
解析 (2)由题意知：该反应中，Cl元素的化合价上升，则可推出Pb元素化合价降低，又由于＋2价Pb较稳定，因此PbO2还原产物为Pb2＋，其化学方程式为：PbO2＋4HCl(浓)PbCl2＋Cl2↑＋2H2O。
(3)由题意知：PbO＋ClO－―→PbO2，铅元素化合价上升，则Cl元素化合价应降低，故有PbO＋ClO－―→PbO2＋Cl－，利用化合价升降法配平，得反应的离子方程式为PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－。阳极应发生氧化反应，由Pb2＋―→PbO2的过程可知阳极反应式为Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋；阴极发生还原反应，其中Cu2＋放电：Cu2＋＋2e－===Cu，石墨上析出铜，若电解液不加Cu(NO3)2，则阴极Pb2＋放电：Pb2＋＋2e－===Pb，由此可见这样做的缺点是不能有效地利用Pb2＋。
(4)PbO2分解的化学方程式：PbO2PbOx＋O2↑，知PbO2失重质量即为生成O2的质量；取m(PbO2)＝239，则生成m(O2)＝×32，依据题意有×32＝239×4.0%，解得x，然后依据PbOx与mPbO2·nPbO中O和Pb原子个数比相等求得m∶n的值。
答案 (1)六 ⅣA 弱
(2)PbO2＋4HCl(浓)PbCl2＋Cl2↑＋2H2O
(3)PbO＋ClO－===PbO2＋Cl－
Pb2＋＋2H2O－2e－===PbO2＋4H＋
石墨上析出铜 Pb2＋＋2e－===Pb 不能有效利用Pb2＋
(4)依据PbO2PbOx＋O2↑，有×32＝239×4.0%
x＝1.4，依据mPbO2·nPbO，＝1.4，＝。
6．MgSO4·7H2O在医药上常用作泻药，工业上可用氯碱工业中的一次盐泥为原料生产。已知一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分。其主要工艺如下：
请回答下列问题：
(1)用H2SO4调整溶液pH至1～2，H2SO4作用是________________ ___________________________________________________________。
(2)加NaClO溶液至pH＝5～6并加热煮沸5～10 min，沉淀2中主要含有MnO2和另外两种难溶物，这两种难溶物的化学式分别为__________________、__________________；其中NaClO溶液将MnSO4转化为MnO2的离子方程式为_____________________________________________________________。
(3)检验滤液Ⅱ中是否含有Fe3＋的试验方法是________________________ ____________________________________________________________。
(4)“操作Ⅹ”是将溶液__________________、__________________、过滤洗涤，即得到MgSO4·7H2O晶体。
(5)精确 称取制得的样品5 g，用200 mL水溶解，加入2 mol·L－1的盐酸5 mL，在不断搅拌下滴加足量2 mol·L－1 BaCl2溶液，充分反应后，得沉淀4.46 g，则样品纯度为__________________。
解析 (1)由于一次盐泥中含有镁、钙、铁、铝、锰的硅酸盐和碳酸盐等成分，加入硫酸反应生成硫酸镁、硫酸铝、硫酸铁、硫酸锰等可溶性硫酸盐，同时生成硫酸钙和硅酸沉淀；(2)依据流程可知，Al3＋和Fe3＋都转化为沉淀，调整pH并加热，Al3＋和Fe3＋发生水解反应，生成Al(OH)3、Fe(OH)3；(5)4.46 g为BaSO4沉淀的质量，则其物质的量为0.02 mol，由此求得MgSO4的物质的量为0.02 mol，所以m(MgSO4·7H2O)＝4.92 g，求得样品纯度为98.4%。
答案 (1)将盐泥中的碳酸盐和硅酸盐转化为可溶性的硫酸盐，同时生成硫酸钙和硅酸沉淀而除去
(2)Al(OH)3 Fe(OH)3
Mn2＋＋H2O＋ClO－===MnO2↓＋Cl－＋2H＋
(3)取滤液Ⅱ1～2 mL于试管中，加入少量的KSCN溶液，若不显红色，证明滤液Ⅱ中无Fe3＋
(4)蒸发浓缩 冷却结晶
(5)98.4%
7．(2022·山东理综，32)工业上用重铬酸钠(Na2Cr2O7)结晶后的母液(含少量杂质Fe3＋)生产重铬酸钾(K2Cr2O7)。工艺流程及相关物质溶解度曲线如图：
(1)由Na2Cr2O7生产K2Cr2O7的化学方程式为_________________________。通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的缘由是_________________________ _________________________________。
(2)向Na2Cr2O7母液中加碱液调pH的目的是________________________。
(3)固体A主要为__________________________(填化学式)，固体B主要为________________________(填化学式)。
(4)用热水洗涤固体A，回收的洗涤液转移到母液______________(填“Ⅰ”、“Ⅱ”或“Ⅲ”)中，既能提高产率又可使能耗最低。
解析 (1)(2)Na2Cr2O7结晶后的母液中含有Fe3＋，加碱液调整pH＝4的目的就是促使Fe3＋水解转化为Fe(OH)3沉淀除去，则过滤后得到纯的Na2Cr2O7(母液Ⅰ)；加入KCl并加热至沸腾，冷却结晶得到K2Cr2O7，反应的化学方程式为Na2Cr2O7＋2KCl===2NaCl＋K2Cr2O7；通过冷却结晶析出大量K2Cr2O7的缘由是低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，且随着温度的降低，K2Cr2O7的溶解度明显减小。
(3)母液Ⅱ中含有K2Cr2O7和NaCl，由于高温下K2Cr2O7的溶解度大；则蒸发浓缩得到的固体A是NaCl；母液Ⅲ中的主要成分是K2Cr2O7，冷却结晶得到固体B是K2Cr2O7。
(4)固体A(NaCl)表面附着K2Cr2O7，由于K2Cr2O7在热水中的溶解度较大而NaCl较小，故固体A用热水洗涤，洗涤液中含有K2Cr2O7，故应将洗涤液转移到母液Ⅱ中，这样，既能提高产率(回收了K2Cr2O7)，又可使能耗降低。
答案 (1)Na2Cr2O7＋2KCl===2NaCl＋K2Cr2O7 低温下K2Cr2O7溶解度远小于其他组分，随温度的降低，K2Cr2O7溶解度明显减小(合理即得分)
(2)除去Fe3＋
(3)NaCl K2Cr2O7
(4)Ⅱ
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