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微專題熱練20　化學(xué)綜合實驗與計算(一)
1. (2024·南京、鹽城一模)過氧化鈣(CaO2)微溶于水，溶于酸，是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品。以石灰石(含有少量鐵、硅的氧化物)為原料制備CaO2的實驗流程如下：
已知：①雙氧水(H2O2)在弱酸性或中性條件下性質(zhì)較穩(wěn)定，在堿性條件下不穩(wěn)定。
②273 K時，CaCl2(aq)＋H2O2(aq)CaO2(s)＋2HCl(aq)　ΔH＝＋62.2 kJ/mol
(1)判斷“酸浸1”完成的標(biāo)志是 繼續(xù)滴加鹽酸，酸浸液中無氣泡產(chǎn)生　。
(2)“除雜”時，待充分反應(yīng)后將溶液煮沸并趁熱過濾，“濾渣”的主要成分為 Fe(OH)3、SiO2　；相比普通過濾裝置，使用如圖所示的熱抽濾裝置的優(yōu)點是 抽濾比普通過濾速度更快，同時通入熱水保溫可防止CaCl2晶體析出　。
(3)“轉(zhuǎn)化”需在冰水浴中進行，生成CaO2·8H2O晶體的離子方程式為 Ca2＋＋2NH3·H2O＋H2O2＋6H2OCaO2·8H2O↓＋2NH??；
CaCl2與H2O2直接反應(yīng)不易發(fā)生，制備時加入適量氨水有利于CaO2生成，其可能原因為 氨水與反應(yīng)生成的HCl發(fā)生中和反應(yīng)，使H＋濃度降低以及放出熱量，均促進反應(yīng)向生成CaO2的方向進行　。
(4)測定產(chǎn)品中CaO2含量。高錳酸鉀滴定法原理：在酸性條件下，CaO2與稀酸反應(yīng)生成H2O2，用標(biāo)準(zhǔn)酸性KMnO4溶液滴定所生成的H2O2，以確定CaO2含量。下列關(guān)于滴定分析的說法不正確的是 AC　(填字母)。
A. 滴定時應(yīng)一直觀察滴定管中溶液體積的變化
B. 當(dāng)?shù)稳氚氲嗡嵝訩MnO4溶液后，溶液顏色從無色剛好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，表示已經(jīng)到達滴定終點
C. 滴定前滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡，滴定后尖嘴內(nèi)無氣泡，則測定結(jié)果偏小
D. 讀取 KMnO4溶液體積時，滴定前俯視讀數(shù)，滴定后仰視讀數(shù)，則測定結(jié)果偏大
(5)以電石渣[主要成分為Ca(OH)2，還含有少量SiO2等雜質(zhì)]為原料也可制備CaO2，設(shè)計制備CaO2·8H2O晶體的實驗方案： 在攪拌下，向NH4Cl溶液中分批加入電石渣，置于冰水浴中反應(yīng)一段時間后，過濾；在冰水浴中，邊攪拌邊向H2O2溶液中緩慢滴加所得濾液，待有大量晶體生成，過濾，用少量冰水洗滌2～3次，干燥　(須使用的試劑：NH4Cl溶液、H2O2溶液、冰水)。
【解析】 (1)石灰石主要成分是CaCO3，在“酸浸1”時，會發(fā)生反應(yīng)：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，若“酸浸1”完成，再滴加稀鹽酸無氣泡產(chǎn)生。(2)石灰石主要成分是CaCO3，還含有雜質(zhì)鐵的氧化物、SiO2，加入鹽酸酸浸時，鐵的氧化物轉(zhuǎn)化為FeCl3、FeCl2，加入雙氧水，F(xiàn)eCl2被氧化變?yōu)镕eCl3，加入的氨水與FeCl3反應(yīng)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，經(jīng)過濾除去，SiO2與鹽酸不能發(fā)生反應(yīng)，也以沉淀的形式存在，故“濾渣”的主要成分為Fe(OH)3、SiO2；相比普通過濾裝置，熱抽濾裝置的優(yōu)點是過濾速度更快，通熱水抽濾，熱水保溫可防止CaCl2晶體析出。(4)滴定時，兩眼應(yīng)該觀察溶液中顏色的變化，A錯誤；當(dāng)?shù)稳胱詈蟀氲嗡嵝訩MnO4溶液后，溶液顏色從無色剛好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，表示已經(jīng)到達滴定終點，B正確；在滴定前滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡，滴定后尖嘴內(nèi)無氣泡，則滴定消耗標(biāo)準(zhǔn)酸性KMnO4溶液體積偏大，導(dǎo)致H2O2的量偏大，因而會導(dǎo)致測定結(jié)果偏大，C錯誤；讀取KMnO4溶液體積時，滴定前俯視讀數(shù)，V1偏小，滴定后仰視讀數(shù)，V2偏大，則消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(V2－V1)就會偏大，最終導(dǎo)致測定結(jié)果偏大，D正確。
2. (2024·淮安、南通部分學(xué)校)LiCoO2(鈷酸鋰)難溶于水，具有強氧化性，可用作鋰電池正極材料。某廢舊鋰電池正極中主要含LiCoO2，還含有少量Al、Fe的氧化物等。實驗室可通過如下過程回收廢電極中鈷元素并制取Co3O4：
廢電極→→→→…→Co3O4
(1)浸取：將粉碎后的廢舊鋰電池正極材料置于如圖1所示三頸燒瓶中，控溫反應(yīng)的溫度為90 ℃，向燒瓶中加入2 mol/L H2SO4溶液，在充分攪拌的條件下向燒瓶中滴加Na2S2O3溶液。
圖1
①S2O是SO中一個非羥基氧原子被硫原子替代而形成，則S2O的空間結(jié)構(gòu)是 四面體　形。
②浸取所得溶液中含Li＋、Co2＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋和SO等，不含S2O。寫出浸取時LiCoO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： 8LiCoO2＋11H2SO4＋Na2S2O34Li2SO4＋8CoSO4＋Na2SO4＋11H2O　。
③實驗中判斷Na2S2O3溶液過量的方法是 燒瓶溶液中有淡黃色沉淀生成　。
(2)除雜：向浸取液中先加入足量H2O2溶液，再加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，過濾。有關(guān)沉淀數(shù)據(jù)如下表(“完全沉淀”溶液中離子濃度≤1.0×10－5 mol/L)：
沉淀 Al(OH)3 Fe(OH)3 Co(OH)2
恰好完全沉淀時pH 5.2 2.8 9.4
若浸取液中c(Co2＋)＝0.1 mol/L，則須調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是 5.2≤pH<7.4　(加入H2O2溶液和NaOH溶液時，溶液體積的變化忽略不計)。
(3)萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖2所示。向萃取所得有機相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
圖2
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)：
Co2＋＋n(HA)2CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋
①萃取時，Co2＋的萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是 ①當(dāng)pH<6.5時，隨著pH升高，溶液中c(H＋)減小，萃取反應(yīng)的平衡正向移動，更多的Co2＋與萃取劑反應(yīng)；當(dāng)pH>6.5時，隨著pH升高，溶液中c(OH－)增大，Co2＋與OH－形成Co(OH)2沉淀　。
②反萃取的目的是將有機層Co2＋轉(zhuǎn)移到水層。使Co2＋盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移，應(yīng)選擇的實驗條件或采取的實驗操作有 ②適當(dāng)提高稀硫酸的濃度；加適量萃取劑多次萃?。怀浞终袷幏忠郝┒?其他合理答案均可)　(填兩項)。
(4)制Co3O4：請補充完整由反萃取Co2＋所得水層制取Co3O4的實驗方案：取反萃取后所得水層， 邊攪拌邊滴加1 mol/L(NH4)2C2O4溶液，至靜置后向上層清液中繼續(xù)滴加1 mol/L(NH4)2C2O4溶液不再出現(xiàn)沉淀，過濾，用蒸餾水洗滌至向最后一次洗滌濾液中先滴加0.1 mol/L HCl溶液，再滴加0.1 mol/L BaCl2溶液不出現(xiàn)沉淀，干燥，控制溫度在400～800 ℃條件下，將沉淀在空氣中加熱至固體質(zhì)量不再發(fā)生變化?！?。
得到Co3O4。須使用的試劑：1 mol/L(NH4)2C2O4溶液、0.1 mol/L HCl溶液、0.1 mol/L BaCl2溶液、蒸餾水。
已知：①CoC2O4·2H2O難溶于水；
②CoC2O4·2H2O在空氣中加熱時固體殘留物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系如圖3所示(Co—59)。
圖3
【解析】 (2)Co2＋完全沉淀時pH＝9.4，c(OH－)＝10－4.6 mol/L，則Ksp[Co(OH)2]＝1.0×10－5×(10－4.6)2＝10－14.2，若浸取液中c(Co2＋)＝0.1 mol/L，則c(OH－)＝ mol/L＝10－6.6 mol/L，c(H＋)＝10－7.4 mol/L，pH＝7.4，故除去Al3＋、Fe3＋須調(diào)節(jié)pH的范圍是5.2≤pH<7.4。(4)18.3 g的n(CoC2O4·2H2O)＝0.1 mol，故當(dāng)殘留物為Co3O4時，m(Co3O4)＝0.1 mol××241 g/mol＝8.03 g，即獲得Co3O4時，控溫為400～800 ℃。
3. (2024·南通二調(diào))實驗室以FeS2為原料制備磷酸亞鐵晶體[Fe3(PO4)2·8H2O]，其部分實驗過程如下：
(1)將一定體積98%的濃硫酸稀釋為200 mL 30%的硫酸，除量筒外，還必須使用的玻璃儀器有 燒杯、玻璃棒、200 mL容量瓶、膠頭滴管　。
(2)檢驗“還原”已完全的實驗操作為 取少量還原后的溶液于試管中，滴加KSCN溶液(或亞鐵氰化鉀)。
(3)向過濾后的濾液中加入Na2HPO4，并用氨水或CH3COONa調(diào)節(jié)溶液pH，“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。
①若使用CH3COONa調(diào)節(jié)溶液pH，“共沉淀”反應(yīng)的離子方程式為 3Fe2＋＋2HPO＋2CH3COO－＋8H2O===Fe3(PO4)2·8H2O↓＋2CH3COOH。
②不使用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH的原因是 NaOH堿性強，容易造成局部pH過高，生成Fe(OH)2等雜質(zhì)　。
③補充完整利用如圖所示裝置(夾持裝置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的實驗方案：向三頸燒瓶中加入抗壞血酸溶液， 向三頸燒瓶中滴加CH3COONa-Na2HPO4 混合溶液　至混合液pH≈4， 再向三頸燒瓶中滴加FeSO4溶液，通過調(diào)節(jié)恒壓滴液漏斗a、b的活塞，控制溶液pH為4～6　，充分攪拌一段時間，過濾，洗滌固體，真空干燥(已知：所用抗壞血酸溶液pH＝2.8，當(dāng)溶液pH控制在4～6之間時，所得晶體質(zhì)量最好。恒壓滴液漏斗a、b中分別盛放FeSO4溶液和CH3COONa-Na2HPO4混合液)。
(4)測定樣品中Fe3(PO4)2·8H2O(摩爾質(zhì)量為502 g/mol)的純度。取0.627 5 g樣品完全溶解后配制成250 mL 溶液，取出25.00 mL于錐形瓶中，加入一定量的H2O2將鐵元素完全氧化，以磺基水楊酸為指示劑，用0.020 0 mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進行滴定至終點(Fe3＋與EDTA按物質(zhì)的量之比為1∶1 發(fā)生反應(yīng))，消耗EDTA溶液15.00 mL。計算該磷酸亞鐵晶體樣品的純度(寫出計算過程)。
答案：
每25.00 mL溶液中
n(Fe2＋)＝0.020 0 mol/L×15.00×10－3 L＝3.000×10－4 mol
n[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－4 mol
0．627 5 g樣品中含n[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－4 mol×＝1.000×10－3 mol
m[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－3 mol×502 g/mol＝0.502 0 g
純度＝×100%＝ 80.00%
【解析】 (2)FeS2在空氣中焙燒時得到Fe2O3，酸溶后得到Fe3＋，檢驗“還原”中已經(jīng)完全進行時，只需檢驗是否還含有Fe3＋即可。
4. (2024·蘇錫常鎮(zhèn)二模)實驗室用磷礦脫鎂廢液制備MgHPO4·3H2O的實驗過程可表示為
(1)磷礦脫鎂廢液中主要含H2PO及少量Mg2＋、Ca2＋、Fe3＋、Al3＋和SO。
①向廢液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為4.5，可達到Ca2＋、Fe3＋和Al3＋的最佳沉淀效果。其中Ca2＋轉(zhuǎn)化為CaHPO4·2H2O的離子方程式為
Ca2＋＋H2PO＋OH－＋H2O===CaHPO4·2H2O↓。
②將除雜凈化后的清液控制在一定溫度，加入MgO漿液攪拌即可獲得MgHPO4固體。實驗測得鎂回收率、產(chǎn)品純度與反應(yīng)后溶液pH關(guān)系如圖1所示。pH小于6時，隨著pH增大，鎂回收率上升，其原因是 pH增大，H2PO轉(zhuǎn)化為HPO，有利于MgHPO4沉淀　。
圖1
③pH大于6時，隨著pH增大，產(chǎn)品純度逐漸下降，其可能原因是 pH增大，c(OH－)增大，部分Mg2＋轉(zhuǎn)化為Mg(OH)2沉淀[或c(OH－)增大，部分HPO轉(zhuǎn)化為PO，生成Mg3(PO4)2沉淀]　。
(2)實驗室用如下方案測定MgHPO4·3H2O產(chǎn)品(含有Na2HPO4雜質(zhì))的純度：準(zhǔn)確稱取0.720 0 g磷酸氫鎂產(chǎn)品，加入足量稀硫酸溶解后配成100.00 mL溶液。準(zhǔn)確移取25.00 mL于錐形瓶中，用0.050 00 mol/L Na2H2Y標(biāo)準(zhǔn)液滴定(離子方程式為Mg2＋＋H2Y2－===MgY2－＋2H＋)至終點，平行滴定三次，平均消耗Na2H2Y標(biāo)準(zhǔn)液19.20 mL。計算該產(chǎn)品中MgHPO4·3H2O的純度(寫出計算過程)。
答案：
n(H2Y2－)＝0.050 00 mol/L×19.20×10－3 L＝9.600×10－4 mol
n(MgHPO4·3H2O)＝n(Mg2＋)＝9.600×10－4 mol×＝3.840×10－3 mol
產(chǎn)品中MgHPO4·3H2O的純度＝×100%＝92.80%
(3)恒溫轉(zhuǎn)化后的母液中主要含Na2HPO4和Na2SO4。已知：水溶液中各含磷微粒的分布如圖2所示，Na3PO4和NaCl的溶解度曲線如圖3所示；常溫下BaSO4、BaHPO4的溶度積常數(shù)依次為1.1×10－10和3.2×10－7。
圖2 圖3
請補充完整由恒溫轉(zhuǎn)化后的母液制備Na3PO4晶體的實驗方案：用比濁法測定母液中SO的濃度后，在攪拌下向一定體積的母液中 加入計算量的BaCl2溶液；過濾，向濾液中逐滴加入NaOH溶液調(diào)節(jié)至溶液pH為14；加熱濃縮至溶液表面出現(xiàn)晶膜，降溫結(jié)晶　，過濾、用無水乙醇洗滌，干燥。
【解析】 (3)根據(jù)比濁法測定的SO濃度，在溶液中加入計算量的BaCl2溶液，使得Na2SO4轉(zhuǎn)變?yōu)锽aSO4沉淀和NaCl，過濾除去BaSO4，向濾液中逐滴加入NaOH溶液調(diào)節(jié)至溶液pH為14(由圖2看出在pH＝14時溶液中PO濃度最大)，此時溶液中的P元素全部以Na3PO4形式存在，結(jié)合圖3可知，Na3PO4的溶解度隨著溫度的變化而變化得快，而NaCl的溫度隨著溫度的變化而變化不大，故可以采用降溫結(jié)晶法將二者分離。微專題熱練20　化學(xué)綜合實驗與計算(一)
1. (2024·南京、鹽城一模)過氧化鈣(CaO2)微溶于水，溶于酸，是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品。以石灰石(含有少量鐵、硅的氧化物)為原料制備CaO2的實驗流程如下：
已知：①雙氧水(H2O2)在弱酸性或中性條件下性質(zhì)較穩(wěn)定，在堿性條件下不穩(wěn)定。
②273 K時，CaCl2(aq)＋H2O2(aq)CaO2(s)＋2HCl(aq)　ΔH＝＋62.2 kJ/mol
(1)判斷“酸浸1”完成的標(biāo)志是 　。
(2)“除雜”時，待充分反應(yīng)后將溶液煮沸并趁熱過濾，“濾渣”的主要成分為 ；相比普通過濾裝置，使用如圖所示的熱抽濾裝置的優(yōu)點是 　。
(3)“轉(zhuǎn)化”需在冰水浴中進行，生成CaO2·8H2O晶體的離子方程式為 　；
CaCl2與H2O2直接反應(yīng)不易發(fā)生，制備時加入適量氨水有利于CaO2生成，其可能原因為 　。
(4)測定產(chǎn)品中CaO2含量。高錳酸鉀滴定法原理：在酸性條件下，CaO2與稀酸反應(yīng)生成H2O2，用標(biāo)準(zhǔn)酸性KMnO4溶液滴定所生成的H2O2，以確定CaO2含量。下列關(guān)于滴定分析的說法不正確的是 　(填字母)。
A. 滴定時應(yīng)一直觀察滴定管中溶液體積的變化
B. 當(dāng)?shù)稳氚氲嗡嵝訩MnO4溶液后，溶液顏色從無色剛好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，表示已經(jīng)到達滴定終點
C. 滴定前滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡，滴定后尖嘴內(nèi)無氣泡，則測定結(jié)果偏小
D. 讀取 KMnO4溶液體積時，滴定前俯視讀數(shù)，滴定后仰視讀數(shù)，則測定結(jié)果偏大
(5)以電石渣[主要成分為Ca(OH)2，還含有少量SiO2等雜質(zhì)]為原料也可制備CaO2，設(shè)計制備CaO2·8H2O晶體的實驗方案：
　(須使用的試劑：NH4Cl溶液、H2O2溶液、冰水)。
2. (2024·淮安、南通部分學(xué)校)LiCoO2(鈷酸鋰)難溶于水，具有強氧化性，可用作鋰電池正極材料。某廢舊鋰電池正極中主要含LiCoO2，還含有少量Al、Fe的氧化物等。實驗室可通過如下過程回收廢電極中鈷元素并制取Co3O4：
廢電極→→→→…→Co3O4
(1)浸取：將粉碎后的廢舊鋰電池正極材料置于如圖1所示三頸燒瓶中，控溫反應(yīng)的溫度為90 ℃，向燒瓶中加入2 mol/L H2SO4溶液，在充分攪拌的條件下向燒瓶中滴加Na2S2O3溶液。
圖1
①S2O是SO中一個非羥基氧原子被硫原子替代而形成，則S2O的空間結(jié)構(gòu)是 　形。
②浸取所得溶液中含Li＋、Co2＋、Al3＋、Fe2＋、Fe3＋和SO等，不含S2O。寫出浸取時LiCoO2發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式： 　。
③實驗中判斷Na2S2O3溶液過量的方法是 　。
(2)除雜：向浸取液中先加入足量H2O2溶液，再加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，過濾。有關(guān)沉淀數(shù)據(jù)如下表(“完全沉淀”溶液中離子濃度≤1.0×10－5 mol/L)：
沉淀 Al(OH)3 Fe(OH)3 Co(OH)2
恰好完全沉淀時pH 5.2 2.8 9.4
若浸取液中c(Co2＋)＝0.1 mol/L，則須調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是 　(加入H2O2溶液和NaOH溶液時，溶液體積的變化忽略不計)。
(3)萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C酸萃取劑(HA)2，實驗測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖2所示。向萃取所得有機相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
圖2
已知：萃取時發(fā)生的反應(yīng)：
Co2＋＋n(HA)2CoA2·(n－1)(HA)2＋2H＋
①萃取時，Co2＋的萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是 　。
②反萃取的目的是將有機層Co2＋轉(zhuǎn)移到水層。使Co2＋盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移，應(yīng)選擇的實驗條件或采取的實驗操作有
　(填兩項)。
(4)制Co3O4：請補充完整由反萃取Co2＋所得水層制取Co3O4的實驗方案：取反萃取后所得水層，
　。
得到Co3O4。須使用的試劑：1 mol/L(NH4)2C2O4溶液、0.1 mol/L HCl溶液、0.1 mol/L BaCl2溶液、蒸餾水。
已知：①CoC2O4·2H2O難溶于水；
②CoC2O4·2H2O在空氣中加熱時固體殘留物質(zhì)質(zhì)量與溫度關(guān)系如圖3所示(Co—59)。
圖3
3. (2024·南通二調(diào))實驗室以FeS2為原料制備磷酸亞鐵晶體[Fe3(PO4)2·8H2O]，其部分實驗過程如下：
(1)將一定體積98%的濃硫酸稀釋為200 mL 30%的硫酸，除量筒外，還必須使用的玻璃儀器有
　。
(2)檢驗“還原”已完全的實驗操作為
。
(3)向過濾后的濾液中加入Na2HPO4，并用氨水或CH3COONa調(diào)節(jié)溶液pH，“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。
①若使用CH3COONa調(diào)節(jié)溶液pH，“共沉淀”反應(yīng)的離子方程式為
。
②不使用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH的原因是 　。
③補充完整利用如圖所示裝置(夾持裝置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的實驗方案：向三頸燒瓶中加入抗壞血酸溶液， 　至混合液pH≈4， 　，充分攪拌一段時間，過濾，洗滌固體，真空干燥(已知：所用抗壞血酸溶液pH＝2.8，當(dāng)溶液pH控制在4～6之間時，所得晶體質(zhì)量最好。恒壓滴液漏斗a、b中分別盛放FeSO4溶液和CH3COONa-Na2HPO4混合液)。
(4)測定樣品中Fe3(PO4)2·8H2O(摩爾質(zhì)量為502 g/mol)的純度。取0.627 5 g樣品完全溶解后配制成250 mL 溶液，取出25.00 mL于錐形瓶中，加入一定量的H2O2將鐵元素完全氧化，以磺基水楊酸為指示劑，用0.020 0 mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進行滴定至終點(Fe3＋與EDTA按物質(zhì)的量之比為1∶1 發(fā)生反應(yīng))，消耗EDTA溶液15.00 mL。計算該磷酸亞鐵晶體樣品的純度(寫出計算過程)。
4. (2024·蘇錫常鎮(zhèn)二模)實驗室用磷礦脫鎂廢液制備MgHPO4·3H2O的實驗過程可表示為
(1)磷礦脫鎂廢液中主要含H2PO及少量Mg2＋、Ca2＋、Fe3＋、Al3＋和SO。
①向廢液中加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH為4.5，可達到Ca2＋、Fe3＋和Al3＋的最佳沉淀效果。其中Ca2＋轉(zhuǎn)化為CaHPO4·2H2O的離子方程式為
。
②將除雜凈化后的清液控制在一定溫度，加入MgO漿液攪拌即可獲得MgHPO4固體。實驗測得鎂回收率、產(chǎn)品純度與反應(yīng)后溶液pH關(guān)系如圖1所示。pH小于6時，隨著pH增大，鎂回收率上升，其原因是 　。
圖1
③pH大于6時，隨著pH增大，產(chǎn)品純度逐漸下降，其可能原因是 　。
(2)實驗室用如下方案測定MgHPO4·3H2O產(chǎn)品(含有Na2HPO4雜質(zhì))的純度：準(zhǔn)確稱取0.720 0 g磷酸氫鎂產(chǎn)品，加入足量稀硫酸溶解后配成100.00 mL溶液。準(zhǔn)確移取25.00 mL于錐形瓶中，用0.050 00 mol/L Na2H2Y標(biāo)準(zhǔn)液滴定(離子方程式為Mg2＋＋H2Y2－===MgY2－＋2H＋)至終點，平行滴定三次，平均消耗Na2H2Y標(biāo)準(zhǔn)液19.20 mL。計算該產(chǎn)品中MgHPO4·3H2O的純度(寫出計算過程)。
(3)恒溫轉(zhuǎn)化后的母液中主要含Na2HPO4和Na2SO4。已知：水溶液中各含磷微粒的分布如圖2所示，Na3PO4和NaCl的溶解度曲線如圖3所示；常溫下BaSO4、BaHPO4的溶度積常數(shù)依次為1.1×10－10和3.2×10－7。
圖2 圖3
請補充完整由恒溫轉(zhuǎn)化后的母液制備Na3PO4晶體的實驗方案：用比濁法測定母液中SO的濃度后，在攪拌下向一定體積的母液中 　，過濾、用無水乙醇洗滌，干燥。(共21張PPT)
第一篇
微專題熱練
微專題6　化學(xué)實驗與化學(xué)計算
微專題熱練20　化學(xué)綜合實驗與計算(一)
1. (2024·南京、鹽城一模)過氧化鈣(CaO2)微溶于水，溶于酸，是一種用途廣泛的化工產(chǎn)品。以石灰石(含有少量鐵、硅的氧化物)為原料制備CaO2的實驗流程如下：
已知：①雙氧水(H2O2)在弱酸性或中性條件下性質(zhì)較穩(wěn)定，在堿性條件下不穩(wěn)定。
(1)判斷“酸浸1”完成的標(biāo)志是____________________________________。
(2)“除雜”時，待充分反應(yīng)后將溶液煮沸并趁熱過濾，“濾渣”的主要成分為____________________；相比普通過濾裝置，使用如圖所示的熱抽濾裝置的優(yōu)點是__________________________________________________________________。
(3)“轉(zhuǎn)化”需在冰水浴中進行，生成CaO2·8H2O晶體的離子方程式為
______________________________________________________________________；
CaCl2與H2O2直接反應(yīng)不易發(fā)生，制備時加入適量氨水有利于CaO2生成，其可能原因為________________________________________________________________ ______________________________________。
繼續(xù)滴加鹽酸，酸浸液中無氣泡產(chǎn)生
Fe(OH)3、SiO2
抽濾比普通過濾速度更快，同時通入熱水保溫可防止CaCl2晶體析出
氨水與反應(yīng)生成的HCl發(fā)生中和反應(yīng)，使H＋濃度降低以及放出熱量，均促進反應(yīng)向生成CaO2的方向進行
(4)測定產(chǎn)品中CaO2含量。高錳酸鉀滴定法原理：在酸性條件下，CaO2與稀酸反應(yīng)生成H2O2，用標(biāo)準(zhǔn)酸性KMnO4溶液滴定所生成的H2O2，以確定CaO2含量。下列關(guān)于滴定分析的說法不正確的是________(填字母)。
A. 滴定時應(yīng)一直觀察滴定管中溶液體積的變化
B. 當(dāng)?shù)稳氚氲嗡嵝訩MnO4溶液后，溶液顏色從無色剛好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，表示已經(jīng)到達滴定終點
C. 滴定前滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡，滴定后尖嘴內(nèi)無氣泡，則測定結(jié)果偏小
D. 讀取 KMnO4溶液體積時，滴定前俯視讀數(shù)，滴定后仰視讀數(shù)，則測定結(jié)果偏大
AC
(5)以電石渣[主要成分為Ca(OH)2，還含有少量SiO2等雜質(zhì)]為原料也可制備CaO2，設(shè)計制備CaO2·8H2O晶體的實驗方案：________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________ (須使用的試劑：NH4Cl溶液、H2O2溶液、冰水)。
【解析】 (1)石灰石主要成分是CaCO3，在“酸浸1”時，會發(fā)生反應(yīng)：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑，若“酸浸1”完成，再滴加稀鹽酸無氣泡產(chǎn)生。(2)石灰石主要成分是CaCO3，還含有雜質(zhì)鐵的氧化物、SiO2，加入鹽酸酸浸時，鐵的氧化物轉(zhuǎn)化為FeCl3、FeCl2，加入雙氧水，F(xiàn)eCl2被氧化變?yōu)镕eCl3，加入的氨水與FeCl3反應(yīng)產(chǎn)生Fe(OH)3沉淀，經(jīng)過濾除去，SiO2與鹽酸不能發(fā)生反應(yīng)，也以沉淀的形式存在，故“濾渣”的主要成分為Fe(OH)3、SiO2；相比普通過濾裝置，熱抽濾裝置的優(yōu)點是過濾速度更快，通熱水抽濾，熱水保溫可防止CaCl2晶體析出。
在攪拌下，向NH4Cl溶液中分批加入電石渣，置于冰水浴中反應(yīng)一段時間后，過濾；在冰水浴中，邊攪拌邊向H2O2溶液中緩慢滴加所得濾液，待有大量晶體生成，過濾，用少量冰水洗滌2～3次，干燥
(4)滴定時，兩眼應(yīng)該觀察溶液中顏色的變化，A錯誤；當(dāng)?shù)稳胱詈蟀氲嗡嵝訩MnO4溶液后，溶液顏色從無色剛好變?yōu)闇\紅色，且半分鐘內(nèi)不變色，表示已經(jīng)到達滴定終點，B正確；在滴定前滴定管尖嘴內(nèi)有氣泡，滴定后尖嘴內(nèi)無氣泡，則滴定消耗標(biāo)準(zhǔn)酸性KMnO4溶液體積偏大，導(dǎo)致H2O2的量偏大，因而會導(dǎo)致測定結(jié)果偏大，C錯誤；讀取KMnO4溶液體積時，滴定前俯視讀數(shù)，V1偏小，滴定后仰視讀數(shù)，V2偏大，則消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(V2－V1)就會偏大，最終導(dǎo)致測定結(jié)果偏大，D正確。
2. (2024·淮安、南通部分學(xué)校)LiCoO2(鈷酸鋰)難溶于水，具有強氧化性，可用作鋰電池正極材料。某廢舊鋰電池正極中主要含LiCoO2，還含有少量Al、Fe的氧化物等。實驗室可通過如下過程回收廢電極中鈷元素并制取Co3O4：
(1)浸取：將粉碎后的廢舊鋰電池正極材料置于如圖1所示三頸燒瓶中，控溫反應(yīng)的溫度為90 ℃，向燒瓶中加入2 mol/L H2SO4溶液，在充分攪拌的條件下向燒瓶中滴加Na2S2O3溶液。
圖1
(2)除雜：向浸取液中先加入足量H2O2溶液，再加入NaOH溶液調(diào)節(jié)pH，過濾。有關(guān)沉淀數(shù)據(jù)如下表(“完全沉淀”溶液中離子濃度≤1.0×10－5 mol/L)：
沉淀 Al(OH)3 Fe(OH)3 Co(OH)2
恰好完全沉淀時pH 5.2 2.8 9.4
若浸取液中c(Co2＋)＝0.1 mol/L，則須調(diào)節(jié)溶液pH的范圍是_________________ (加入H2O2溶液和NaOH溶液時，溶液體積的變化忽略不計)。
四面體
4Li2SO4＋8CoSO4＋Na2SO4＋11H2O
燒瓶溶液中有淡黃色沉淀生成
5.2≤pH<7.4
(3)萃取、反萃?。杭尤肽秤袡C酸萃取劑(HA)2，實驗
測得Co2＋萃取率隨pH的變化如圖2所示。向萃取所得有機
相中加入H2SO4，反萃取得到水相。
圖2
①萃取時，Co2＋的萃取率隨pH升高先增大后減小的可能原因是______________ ___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②反萃取的目的是將有機層Co2＋轉(zhuǎn)移到水層。使Co2＋盡可能多地發(fā)生上述轉(zhuǎn)移，應(yīng)選擇的實驗條件或采取的實驗操作有__________________________________ _____________________________________________________________(填兩項)。
①當(dāng)pH<6.5時，隨著pH升高，溶液中c(H＋)減小，萃取反應(yīng)的平衡正向移動，更多的Co2＋與萃取劑反應(yīng)；當(dāng)pH>6.5時，隨著pH升高，溶液中c(OH－)增大，Co2＋與OH－形成Co(OH)2沉淀
②適當(dāng)提高稀硫酸的濃度；加適量萃取劑多次萃取；充分振蕩分液漏斗(其他合理答案均可)
(4)制Co3O4：請補充完整由反萃取Co2＋所得水層制取Co3O4的實驗方案：取反萃取后所得水層，________________________________________________________ _________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
得到Co3O4。須使用的試劑：1 mol/L(NH4)2C2O4溶
液、0.1 mol/L HCl溶液、0.1 mol/L BaCl2溶液、蒸餾水。
已知：①CoC2O4·2H2O難溶于水；
②CoC2O4·2H2O在空氣中加熱時固體殘留物質(zhì)質(zhì)量
與溫度關(guān)系如圖3所示(Co—59)。
圖3
邊攪拌邊滴加1 mol/L(NH4)2C2O4溶液，至靜置后向上層清液中繼續(xù)滴加1 mol/L(NH4)2C2O4溶液不再出現(xiàn)沉淀，過濾，用蒸餾水洗滌至向最后一次洗滌濾液中先滴加0.1 mol/L HCl溶液，再滴加0.1 mol/L BaCl2溶液不出現(xiàn)沉淀，干燥，控制溫度在400～800 ℃條件下，將沉淀在空氣中加熱至固體質(zhì)量不再發(fā)生變化。
3. (2024·南通二調(diào))實驗室以FeS2為原料制備磷酸亞鐵晶體[Fe3(PO4)2·8H2O]，其部分實驗過程如下：
(1)將一定體積98%的濃硫酸稀釋為200 mL 30%的硫酸，除量筒外，還必須使用的玻璃儀器有______________________________________________。
(2)檢驗“還原”已完全的實驗操作為____________________________________ _________________________。
(3)向過濾后的濾液中加入Na2HPO4，并用氨水或CH3COONa調(diào)節(jié)溶液pH，“共沉淀”生成Fe3(PO4)2·8H2O。
①若使用CH3COONa調(diào)節(jié)溶液pH，“共沉淀”反應(yīng)的離子方程式為_____________________________________________________________________。
燒杯、玻璃棒、200 mL容量瓶、膠頭滴管
取少量還原后的溶液于試管中，滴加
KSCN溶液(或亞鐵氰化鉀)
②不使用NaOH調(diào)節(jié)溶液pH的原因是___________________________________ _____________________________。
③補充完整利用如圖所示裝置(夾持裝置已略去)制取Fe3(PO4)2·8H2O的實驗方案：向三頸燒瓶中加入抗壞血酸溶液，______________________________________ ____________至混合液pH≈4，_____________________________________________ ___________________________________________，充分攪拌一段時間，過濾，洗滌固體，真空干燥(已知：所用抗壞血酸溶液pH＝2.8，當(dāng)溶液pH控制在4～6之間時，所得晶體質(zhì)量最好。恒壓滴液漏斗a、b中分別盛放FeSO4溶液和CH3COONa-Na2HPO4混合液)。
NaOH堿性強，容易造成局部pH過高，生成Fe(OH)2等雜質(zhì)
向三頸燒瓶中滴加CH3COONa-Na2HPO4
混合溶液
再向三頸燒瓶中滴加FeSO4溶液，通過調(diào)節(jié)恒壓
滴液漏斗a、b的活塞，控制溶液pH為4～6
(4)測定樣品中Fe3(PO4)2·8H2O(摩爾質(zhì)量為502 g/mol)的純度。取0.627 5 g樣品完全溶解后配制成250 mL 溶液，取出25.00 mL于錐形瓶中，加入一定量的H2O2將鐵元素完全氧化，以磺基水楊酸為指示劑，用0.020 0 mol/L EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液進行滴定至終點(Fe3＋與EDTA按物質(zhì)的量之比為1∶1 發(fā)生反應(yīng))，消耗EDTA溶液15.00 mL。計算該磷酸亞鐵晶體樣品的純度(寫出計算過程)。
答案：
每25.00 mL溶液中
n(Fe2＋)＝0.020 0 mol/L×15.00×10－3 L＝3.000×10－4 mol
n[Fe3(PO4)2·8H2O]＝1.000×10－4 mol
【解析】 (2)FeS2在空氣中焙燒時得到Fe2O3，酸溶后得到Fe3＋，檢驗“還原”中已經(jīng)完全進行時，只需檢驗是否還含有Fe3＋即可。
4. (2024·蘇錫常鎮(zhèn)二模)實驗室用磷礦脫鎂廢液制備MgHPO4·3H2O的實驗過程可表示為
H2O===CaHPO4·2H2O↓
②將除雜凈化后的清液控制在一定溫度，加入MgO漿液攪拌即可獲得MgHPO4固體。實驗測得鎂回收率、產(chǎn)品純度與反應(yīng)后溶液pH關(guān)系如圖1所示。pH小于6時，隨著pH增大，鎂回收率上升，其原因是__________________________________ _________________。
圖1
③pH大于6時，隨著pH增大，產(chǎn)品純度逐漸下降，其可能原因是____________ _____________________________________________________________________________________________________。
于MgHPO4沉淀
(2)實驗室用如下方案測定MgHPO4·3H2O產(chǎn)品(含有Na2HPO4雜質(zhì))的純度：準(zhǔn)確稱取0.720 0 g磷酸氫鎂產(chǎn)品，加入足量稀硫酸溶解后配成100.00 mL溶液。準(zhǔn)確移取25.00 mL于錐形瓶中，用0.050 00 mol/L Na2H2Y標(biāo)準(zhǔn)液滴定(離子方程式為Mg2＋＋H2Y2－===MgY2－＋2H＋)至終點，平行滴定三次，平均消耗Na2H2Y標(biāo)準(zhǔn)液19.20 mL。計算該產(chǎn)品中MgHPO4·3H2O的純度(寫出計算過程)。
(3)恒溫轉(zhuǎn)化后的母液中主要含Na2HPO4和Na2SO4。已知：水溶液中各含磷微粒的分布如圖2所示，Na3PO4和NaCl的溶解度曲線如圖3所示；常溫下BaSO4、BaHPO4的溶度積常數(shù)依次為1.1×10－10和3.2×10－7。
圖2 圖3
加入計算量的BaCl2溶液；過濾，向濾液中逐滴加入NaOH溶液調(diào)節(jié)至溶液pH為14；加熱濃縮至溶液表面出現(xiàn)晶膜，降溫結(jié)晶
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