物质制备及常见物质分离、提纯及检验●例题解析.doc

物质的制备及常见物质的分离、提纯和检验●例题解析

【例1】按下述实验方法制备气体，合理而又实用的是____。
A．锌粒与稀硝酸反应制备H2
B．向饱和氯化钠溶液中滴加浓硫酸制备HCl
C．亚硫酸钠与浓硫酸反应制备SO2
D．大理石与浓硫酸反应制备CO2
分析与解答
本题主要考查常见气体的实验室制备原理。
A不合理，由于稀硝酸具有强氧化性，两者反应得不到H2；B不合理，由于HCl极易溶于水，不能用饱和NaCl溶液与浓H2SO4反应制备HCl，而应该用NaCl晶体与浓H2SO4反应制备HCl；D不合理，大理石与浓硫酸反应生成的微溶性的CaSO4包裹在大理石表面，阻碍反应的继续进行。
所以，合理而又实用的是C。

【例2】如图5-23装置可用于____。
A．加热NaHCO3制CO2
B．用Cu与稀HNO3反应制NO
C．用NH4Cl与浓NaOH溶液反应制NH3
D．用NaCl与浓H2SO4反应制HCl
分析与解答
分析题干提供的图示可知：气体发生装置为固—液(不加热)型，气体收集方法为排水集气法。
所以首先排除需加热的A选项；而C，D两选项中，反应条件亦均

不能用排水集气法收集，故予以排除。而B选项中，用Cu与稀HNO3作用制取NO发生的反应方程式为：3Cu+8HNO3====3Cu(NO3)2+4H2O+2NO↑，从反应物的聚集状态及反应条件来看，为固—液(不加热)型，而且制备的气体NO不溶于水，可用排水法收集，符合题意。
故本题的正确答案为B。
【例3】如图5-24装置中，烧瓶中充满干燥的气体a，将滴管中的b液体挤入烧瓶内，轻轻振荡烧瓶，然后打开弹簧夹，烧杯中的液体b呈喷泉状喷出，最终几乎充满烧瓶，则a和b分别是____。

分析与解答
本题为信息迁移题，它将学生非常熟悉的NH3，HCl极易溶于水的“喷泉实验”进行知识迁移，既要形成喷泉，又要液体充满烧瓶，这实际上是要求考生从上述四个选项中选择b溶液极易吸收a气体且无其它气体生成。
对于A项，NO2易与H2O反应，但又生成不溶于水的NO，其反应方程式
为：3NO2+H2O====2HNO3+NO，溶液不能充满烧瓶。

对于B项，CO2虽然常温常压下在水中的溶解度不大，但极易溶于4mol·L-1的NaOH溶液中：CO2+2NaOH====Na2CO3+H2O，符合题给要求。
对于C项，常温下，Cl2在饱和NaCl溶液中溶解度很小，基本不能被吸收。
对于D项，根据NH3的性质特点，显然符合题意(NH3+HCl====NH4Cl)。
所以本题的正确答案为B，D。

【例4】利用图5-25所示装置收集以下8种气体(图中烧瓶的位置不得变化)。
①H2　　　　　　 ②Cl2　　　 ③CH4　　 ④HCl
⑤NH3　　　　　 ⑥NO　　 ⑦H2S　　 ⑧SO2
(1)若烧瓶是干燥的，则由B口进气可收集的气体有____(写序号)；
(2)若烧瓶充满水，可收集的气体有____，这时气体由_____口进入；
(3)若烧瓶是干燥的，则由A口进气，可收集的气体有____；
(4)若在烧瓶内装入浓硫酸进行气体干燥，则可用此装置干燥的气体有____，这时气体由____口进入。
分析与解答
本题考查的内容是基础内容，但综合思考性较强。其立意在于考查学生对常见实验装置图的识别、分析能力；运用正确的化学实验基本操作等知识，通过思维的联想、迁移和重组，解决具体问题的能力。就本题而言，要求学生在平时学习中，不仅要牢记常见气体的发生、干燥和收集的操作方法，而且要特别注意掌握其规律性。
由图5-25可以看出：
(1)若烧瓶是干燥的，由B口进气收集的气体必然为密度比空气大的气体。这是因为只有密度比空气大的气体如Cl2，HCl，H2S，SO2等，当由B口进气后，才能在烧瓶底部逐渐积聚，产生的压强将瓶内的空气由A口排出，直至所收集的气体充满整个烧瓶。
(2)若烧瓶充满水，则应为能够采用排水集气法收集的气体，装置应与“排水量气”装置相同，遵循“短进长出”的原则。此时由 A口通入像H2，CH4，NO等极难溶于水的气体，气体产生的压强将烧瓶中的水由B口排出，当烧瓶中的水排尽后，即说明烧瓶内已充满所收集的气体。
(3)若烧瓶是干燥的，由A口进气可收集的气体应为密度比空气小的气体。这是因为只有密度比空气小的气体如H2、CH4、NH3等，当由A口进气后，才能在烧瓶最上方逐渐积聚，产生的压强将瓶内空气由B口排出，直至所收集的气体充满整个烧瓶。
(4)浓硫酸为强氧化性的酸性干燥剂，其干燥气体的范围为非还原性的中性及酸性气体。进行干燥时，气体的流向应遵循“长进短出”的原则，所以除NH3(为碱性气体)、H2S(为还原性气体，易被浓硫酸氧化)外，其余气体均可由浓硫酸干燥。
综上所述，本题的正确答案：(1)②④⑦⑧；(2)①③⑥，A；(3)①③⑤；(4)①②③④⑥⑧，B。
【例5】实验室制备硝基苯的主要步骤如下：
①配制一定比例的浓硫酸与浓硝酸的混合酸，加入反应器中。
②向室温下的混合酸中逐滴加入一定量的苯，充分振荡，混合均匀。
③在50℃～60℃下发生反应，直至反应结束。
④除去混合酸后，粗产品依次用蒸馏水和5％ NaOH溶液洗涤，最后再用蒸馏水洗涤。
⑤将用无水CaCl2干燥后的粗硝基苯进行蒸馏，得到纯硝基苯。
填写下列空白：
(1)配制一定比例浓硫酸与浓硝酸混合酸时，操作注意事项是____。
(2)步骤③中，为了使反应在 50℃～60℃下进行，常用的方法是____。
(3)步骤④中洗涤、分离粗硝基苯应使用的仪器是____。
(4)步骤④中粗产品用5％ NaOH溶液洗涤的目的是____。
(5)纯硝基苯是无色，密度比水____(填小或大)，具有____气味的油状液体。
分析与解答
实验室制硝基苯，是中学教材中的实验(为演示实验和学生选做实验)，其中混合酸的配制、水浴加热、分液漏斗的使用、洗涤等均为基本实验操作。此题虽然难度不大，但由于考题中对硝基苯的整个制备过程中每一关键环节均涉及到，考查的内容非常细，实实在在地综合考查了考生的实验能力、观察能力和思维能力。并通过对此实验题的考查，达到了区分认真完成教学大纲中规定实验的考生与未认真完成(或未完成)教学大纲中规定实验的考生这一目的。
(1)先将浓硝酸注入容器中，再慢慢注入浓硫酸，并及时搅拌和冷却。(注：浓硝酸和浓硫酸的加入次序写错，不给分；没回答“慢慢加入”扣1分；没回答“及时搅拌”扣1分。)
(2)将反应器放在50℃～60℃(或回答60℃)的水浴中加热。(注：只回答“在水浴中加热”，没回答50℃～60℃或60℃扣1分；回答“用酒精灯”直接加热，或只回答“加热”的不给分。)
(3)分液漏斗。
(4)除去粗产品中残留的酸(或回答：除去残留的硝酸、硫酸)。
(4)大，苦杏仁。
【例6】某溶液含有较多的Na2SO4和少量的Fe2(SO4)3，若用该溶液制取芒硝，可供选择的操作有：①加适量H2SO4溶液，②加金属钠，③结晶，④加过量NaOH溶液，⑤加强热脱结晶水，⑥过滤。正确的操作步骤是____。
A．②⑥③　　　　　　　　　　 B．④⑥①③
C．④⑥③⑤　　　　　　　　 D．②⑥①③⑤
分析与解答
欲用该溶液制取芒硝(Na2SO4·10H2O)，首先要除去其中的杂质离子Fe3+，根据化学方法提纯和分离物质的“四原则”和“三必须”可设计出正确的操作步骤为：第一步，加入过量NaOH溶液，使其中的Fe3+完全以Fe(OH)3沉淀的形式从溶液中析出，(此时溶液中引入了OH-杂质离子)；第二步，过滤除去Fe(OH)3沉淀；第三步，加入适量 H2SO4溶液，目的是调节溶液的pH值，除去OH-离子；最后通过蒸发、浓缩、结晶制得Na2SO4·10H2O。
在这里应指出两点：①除Fe3+的试剂不宜用金属钠，这是因为金属钠价格较昂贵，使用Na既不经济又不便于操作；②最后一步是结晶，不能加强热，否则脱结晶水无法制取芒硝。
故本题的正确答案为B。
【例7】在下表中，欲用一种试剂Z来检验盐溶液中的离子X，在同时有离子Y存在时，此检验仍可以判别的是____。

分析与解答
欲用一种试剂Z来检验某盐溶液中的离子X，要考虑到同时存在的杂质离子(离子Y)的干扰。若离子X和试剂Z反应且有特征现象产生，而离子Y不与试剂Z反应，则此检验仍可以判别；反之，若离子X和Y均能与试剂Z反应，且产生相似的实验现象(如产生沉淀的颜色相同等)，则此检验无法判别。
对于A项，由于Al3+，Mg2+均能与NH3·H2O反应，分别产生白色的Al(OH)3，Mg(OH)2沉淀：Al3++3NH3·H2O====Al(OH)3↓(白)+3NH4+，Mg2++2NH3·H2O====Mg(OH)2↓(白)+2NH4+，故当同时有Mg2+存在时，无法用试剂NH3·H2O对Al3+进行检验。

验。

能大量共存(即：不反应)，故当有Mg2+存在时，仍可用试剂Na2SO4溶液对Ba2+进行检验。
同理，对于D项，当有Cl-同时存在时，仍可用试剂Ba(NO3)2

而Cl-和Ba2+能大量共存。
故本题的正确答案为C，D。
【例8】只用胶头滴管和试管，不用其它试剂就可以区别的下列溶液(浓度均为0.1mol·L-1)是____。
A．CaCl2和Na2CO3
B．稀H2SO4和Na2CO3
C．Ba(OH)2和NaHCO3
D．NaAlO2和盐酸
分析与解答
对于两种物质之间的相互鉴别，通常采用“互滴法”实验操作。即：将一定浓度的甲(或乙)溶液逐滴加入一定体积、一定浓度的乙(或甲)溶液中，直至过量，分别记录两次滴加过程中产生的现象。若相互滴加(所加顺序相反)的过程中产生的实验现象不同，则这一对物质即可相互鉴别。
现将B，D两组物质相互鉴别情况列表介绍如下：

而对于A组溶液，相互滴加的过程中产生的现象均为：立即产生白色沉淀，有关反应的离子方程式为：Ca2++CO32-===CaCO3↓(白)。
C组溶液，相互滴加过程中产生的现象亦均为：立即产生白色沉淀。但不同的是①将Ba(OH)2溶液逐滴加入到NaHCO3溶液中，反应的离子方程式为：Ba2++2OH-+2HCO3-====BaCO3↓+CO32-+2H2O；②而将 NaHCO3溶液逐滴加入到Ba(OH)2溶液中，反应的离子方程式为：Ba2++OH-+HCO3-====BaCO3↓+2H2O。
【例9】下列各组溶液，不用任何其它试剂就能鉴别的是____。
A．Na2SO4、H2SO4、AlCl3、BaCl2
B．HCl、NaOH、K2SO4、Na2SO4
C．NaAlO2、KHCO3、NaCl、NaHSO4
D．NaOH、FeCl3、MgCl2、K2SO4
分析与解答
根据本单元“知识体系”中所述的不用任何试剂鉴别多种物质的解题思路和方法，首先可根据“特征连锁法”判断D项符合题给要求。这是因为该组中的FeCl3溶液呈棕黄色，其它溶液的颜色为无色，故首先鉴别出FeCl3溶液。然后用FeCl3 溶液分别与其它三种溶液反应，能产生红褐色沉淀的对应溶液为NaOH溶液；而MgCl2溶液、K2SO4溶液与FeCl3溶液不发生反应。最后用NaOH溶液来鉴别出MgCl2溶液(产生白色沉淀)和K2SO4溶液(无现象)，整个检验过程中发生反应的离子方程式为：Fe3++3OH-====Fe(OH)3↓(红褐)，Mg2++2OH-====Mg(OH)2↓(白)。
其余三组中的各溶液，由于都是无色溶液，无法从外观上加以区别，一般均采用“两两混合法”(即：简明列表法)，将每组内的四种溶液分别标号，用每种溶液分别与其它三种溶液混合，观察并记录现象，将试剂间可能发生的反应现象列表，并将记录的现象与表中现象相对照，即可得出结论，经分析C项符合题给条件(见下表)。

有关反应的离子方程式如下：
AlO2-HCO3-+H2O====Al(OH)3↓+CO32-
HCO3-+H+====H2O+CO2↑或：HCO3-+HSO4-====H2O+SO42-+CO2↑
AlO2-+H++H2O====Al(OH)3↓或：AlO2-+HSO4-+H2O====Al(OH)3↓+SO42-
Al(OH)3+3H+====Al3++3H2O或：Al(OH)3+3HSO4-Al3++3SO42-+3H2O
综上所述，本题的正确答案为C，D。
【例10】氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如下：

依据上图，完成下列填空：
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极上所发生反应的化学方程式为__________。
与电源负极相连的电极附近，溶液pH值______(选填：不变、升高或下降)。
(2)工业食盐含Ca2+、Mg2+等杂质。精制过程发生反应的离子方程式为________。
(3)如果粗盐中SO42-含量较高，必须添加钡试剂除去SO42-，该钡试剂可以是_______(多选扣分)。
a．Ba(OH)2
b．Ba(NO3)2
c．BaCl2
(4)为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42-，加入试剂的合理顺序为____(多选扣分)。
a．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂
b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3
c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3
(5)脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过____、冷却、____(填写操作名称)除去NaCl。
(6)在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为____。
分析与解答
本题的特点是：在题干中给考生提供背景信息材料——氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图，考查考生综合运用相关基础知识和基本技能的能力。其中涉及有：电解原理的应用、物质的分离和提纯、正确书写化学方程式和离子方程式等方面的知识，思考容量较大。该题虽是信息迁移题，但考查的内容都很基本，对于素质较好的考生来说，正确、完整解答该题并不困难。
(1)在电解过程中，与电源正极相连的电极为阳极，应为阴离子在该电极上放电，根据阴离子的放电顺序可知为Cl-放电生成Cl2。
而与负极相连的电极为阴极，应为阳离子在该电极上放电，根据阳离子的放电顺序可知应为H+放电生成H2。由于H+在阴极上不断得到电子生成H2放出，破坏了附近的水的电离平衡，水分子继续电离成H+和OH-，H+又不断得到电子，结果溶液中[H+]逐渐降低，而[OH-]相对浓度逐渐增大(由水的离子积常数Kw也可推知)，故阴极附近溶液的pH值将升高。
(2)结合工艺流程图，综合分析问题(2)～(5)可知：在粗盐的精制过程中，分别加入NaOH、Na2CO3和钡试剂，使其中的Mg2+、Ca2+、SO42-等杂质离子以Mg(OH)2、CaCO3、BaSO4沉淀形式从溶液中析出。同时根据物质的分离和提纯的“四原则”和“三必须”可设计出有效而合理的操作顺序为：第一步，加入足量的NaOH除去Mg2+(同时引入了OH-)；第二步，加入足量的钡试剂除去SO42-(同时引入了杂质离子SO42-)。在这里须指出的是：①第一、二操作步骤可以对调；②使用的钡试剂只能为Ba(OH)2或BaCl2，而不能使用Ba(NO3)2，否则引入NO3-不易除去，致使电解后的溶液中含NaNO3，不符合题给要求。第三步，加入足量的Na2CO3，除去Ba2+(同时又引入了杂质离子CO32-)。而题干提供的除杂试剂仅三种，对应的提纯步骤亦仅三步，故CO32-未能予以除去。笔者认为，较完整的步骤还应有除去CO32-的操作，即：最后加入适量的盐酸，并加微热，调整电解液的pH为7(此步骤可同时除去OH-和CO32-)。而脱盐工序，则是利用NaCl、NaOH在溶解度上的差异，通过蒸发、冷却、结晶(为分步结晶)使NaCl和NaOH得以分离，从而得到50％的NaOH溶液。
综上所述，本题的正确答案如下：
(1)2Cl--2e====Cl2↑，升高；
(2)Ca2++CO32-====CaCO3↓，Mg2++2OH-====Mg(OH)2↓；
(3)A，C；
(4)B，C；
(5)蒸发、过滤；

+H2↑+Cl2↑，Cl2+2NaOH====NaCl+NaClO+H2O)。